Math can help uncover cancer's secrets | Irina Kareva

Traducător: Claudia Pravat Corector: Lorena Ciutacu

I am a translator.

Sunt traducător.

I translate from biology into mathematics

Traduc din biologie în matematică

and vice versa.

și invers.

I write mathematical models

Scriu modele matematice

which, in my case, are systems of differential equations,

care, în cazul meu, sunt sisteme de ecuații diferențiale,

to describe biological mechanisms,

pentru a descrie mecanisme biologice,

such as cell growth.

cum ar fi dezvoltarea celulei.

Essentially, it works like this.

În principiu, funcționează așa.

First, I identify the key elements

Prima dată, stabilesc elementele-cheie

that I believe may be driving behavior over time

care cred că vor determina în timp comportamentul

of a particular mechanism.

unui anumit mecanism.

Then, I formulate assumptions

Apoi formulez ipoteza

about how these elements interact with each other

despre felul în care aceste elemente interacționează între ele

and with their environment.

și cu mediul lor.

It may look something like this.

Arată cam așa.

Then, I translate these assumptions into equations,

Apoi transpun aceste ipoteze în ecuații

which may look something like this.

care arată cam așa.

Finally, I analyze my equations

La final, analizez ecuațiile

and translate the results back into the language of biology.

și transpun rezultatul înapoi în limbajul biologiei.

A key aspect of mathematical modeling

Un aspect-cheie al modelului matematic

is that we, as modelers, do not think about what things are;

este că noi, creatorii de modele, nu ne gândim cum sunt lucrurile;

we think about what they do.

ne gândim la ce fac ele.

We think about relationships between individuals,

Vedem legăturile dintre subiecți,

whether they be cells, animals or people,

fie că sunt celule, animale sau oameni,

and how they interact with each other and with their environment.

și cum interacționează între ele și cu mediul înconjurător.

Let me give you an example.

Să vă dau un exemplu.

What do foxes and immune cells have in common?

Ce au în comun vulpile și celulele imune?

They're both predators,

Ambele sunt prădatori,

except foxes feed on rabbits,

doar că vulpea se hrănește cu iepuri,

and immune cells feed on invaders, such as cancer cells.

iar celulele imune cu intruși, cum ar fi celulele canceroase.

But from a mathematical point of view,

Dar din punct de vedere matematic,

a qualitatively same system of predator-prey type equations

un sistem calitativ identic de ecuații de tip prădător-pradă

will describe interactions between foxes and rabbits

va descrie interacțiunile între vulpi și iepuri

and cancer and immune cells.

și între celule canceroase și cele imune.

Predator-prey type systems have been studied extensively

Sistemele prădător-pradă au fost studiate pe larg

in scientific literature,

în literatura științifică,

describing interactions of two populations,

descriind interacțiunile dintre două populații

where survival of one depends on consuming the other.

unde supraviețuirea uneia se bazează pe consumarea celeilalte.

And these same equations provide a framework

Iar aceste ecuații oferă cadrul

for understanding cancer-immune interactions,

pentru a înțelege interacțiunile cancer-imunitate,

where cancer is the prey,

unde cancerul este prada,

and the immune system is the predator.

iar sistemul imunitar este prădătorul.

And the prey employs all sorts of tricks to prevent the predator from killing it,

Prada utilizează tot felul de trucuri pentru a împiedica prădătorul să o omoare,

ranging from camouflaging itself

de la camuflare

to stealing the predator's food.

până la a fura hrana prădătorului.

This can have some very interesting implications.

Acest lucru poate avea implicații foarte interesante.

For example, despite enormous successes in the field of immunotherapy,

De exemplu, în ciuda succeselor uriașe în domeniul imunoterapiei,

there still remains somewhat limited efficacy

rămâne încă o eficiență destul de redusă

when it comes solid tumors.

când vine vorba de tumori solide.

But if you think about it ecologically,

Dar dacă privim din punct de vedere ecologic,

both cancer and immune cells --

și cancerul, și celulele imune --

the prey and the predator --

prada și prădătorul --

require nutrients such as glucose to survive.

au nevoie de nutrienți, cum ar fi glucoza, pentru a supraviețui.

If cancer cells outcompete the immune cells for shared nutrients

Dacă celulele canceroase le întrec pe cele imune în lupta pentru nutrienții comuni

in the tumor microenvironment,

în microclimatul tumorii,

then the immune cells will physically not be able to do their job.

atunci celulele imune nu vor putea să-și facă treaba.

This predator-prey-shared resource type model

Acest model prădător-pradă-resurse comune

is something I've worked on in my own research.

este ceva la care am lucrat în cercetările mele.

And it was recently shown experimentally

Și a fost recent demonstrat experimental

that restoring the metabolic balance in the tumor microenvironment --

că refacerea balanței metabolice în microclimatul tumorii --

that is, making sure immune cells get their food --

adică să fim siguri că celulele imune își primesc hrana --

can give them, the predators, back their edge in fighting cancer, the prey.

poate să restituie prădătorilor avantajul în lupta cu cancerul, cu prada.

This means that if you abstract a bit,

Prin abstracție, asta înseamnă

you can think about cancer itself as an ecosystem,

că putem privi cancerul ca un ecosistem

where heterogeneous populations of cells compete and cooperate

unde populațiile eterogene de celule concurează și cooperează

for space and nutrients,

pentru spațiu și nutrienți,

interact with predators -- the immune system --

interacționează cu prădătorii -- sistemul imunitar --

migrate -- metastases --

migrează -- metastazele --

all within the ecosystem of the human body.

totul în interiorul ecosistemului din corpul uman.

And what do we know about most ecosystems from conservation biology?

Ce știm despre cele mai multe ecosisteme din biologia conservării?

That one of the best ways to extinguish species

Că una din cele mai bune metode de exterminare a unei specii

is not to target them directly

nu este să le țintească direct

but to target their environment.

ci să le atace mediul.

And so, once we have identified the key components

Astfel, după ce am identificat componentele-cheie

of the tumor environment,

ale mediului în care e tumoarea,

we can propose hypotheses

putem să venim cu ipoteze

and simulate scenarios and therapeutic interventions

și să simulăm scenarii și intervenții terapeutice

all in a completely safe and affordable way

toate într-un mod sigur și accesibil

and target different components of the microenvironment

și să vizăm diferite componente ale microsistemului

in such a way as to kill the cancer without harming the host,

în așa fel încât să putem omorî cancerul fără să facem rău gazdei,

such as me or you.

fie că sunt eu sau tu.

And so while the immediate goal of my research

Și deși scopul imediat al cercetării mele

is to advance research and innovation

este de a progresa în investigații și inovații

and to reduce its cost,

și de a reduce costurile,

the real intent, of course, is to save lives.

obiectivul real este de a salva vieți.

And that's what I try to do

Și aceasta este ce încerc să fac

through mathematical modeling applied to biology,

prin modelare matematică aplicată în biologie,

and in particular, to the development of drugs.

iar în particular în evoluția medicamentelor.

It's a field that until relatively recently has remained somewhat marginal,

Este un domeniu care până de curând era de mică anvergură,

but it has matured.

dar între timp a crescut.

And there are now very well-developed mathematical methods,

Iar acum există metode matematice foarte bine dezvoltate,

a lot of preprogrammed tools,

o mulțime de instrumente preprogramate,

including free ones,

unele gratuite,

and an ever-increasing amount of computational power available to us.

și o tot mai mare putere de calcul care ne stă la dispoziție.

The power and beauty of mathematical modeling

Eficiența și frumusețea modelelor matematice

lies in the fact that it makes you formalize,

stau în faptul că pot explica,

in a very rigorous way,

într-un mod foarte riguros,

what we think we know.

ceea ce credem că știm.

We make assumptions,

Facem presupuneri,

translate them into equations,

le transpunem în ecuații,

run simulations,

rulăm simulări,

all to answer the question:

toate pentru a răspunde la întrebarea:

In a world where my assumptions are true,

Într-o lume în care ipotezele mele sunt adevărate,

what do I expect to see?

ce mă aștept să descopăr?

It's a pretty simple conceptual framework.

Este un cadru schematic destul de simplu.

It's all about asking the right questions.

Totul este să pui întrebarea potrivită.

But it can unleash numerous opportunities for testing biological hypotheses.

Dar poate declanșa multe posibilități pentru testarea ipotezelor biologice.

If our predictions match our observations,

Dacă previziunile corespund observațiilor noastre,

great! -- we got it right, so we can make further predictions

e excelent! -- am avut dreptate, deci putem face alte previziuni

by changing this or that aspect of the model.

schimbând unele aspecte ale modelului.

If, however, our predictions do not match our observations,

Însă dacă previziunile noastre nu se potrivesc cu observațiile,

that means that some of our assumptions are wrong,

înseamnă că unele ipoteze sunt greșite,

and so our understanding of the key mechanisms

iar înțelegerea noastră despre mecanismele cheie

of underlying biology

ale biologiei fundamentale

is still incomplete.

este încă incompletă.

Luckily, since this is a model,

Din fericire, fiind doar un model,

we control all the assumptions.

putem controla toate ipotezele.

So we can go through them, one by one,

Așa că putem trece printre ele una câte una,

identifying which one or ones are causing the discrepancy.

pentru a identifica pe cea sau cele care provoacă dezacordul.

And then we can fill this newly identified gap in knowledge

Iar apoi putem umple această nouă lipsă din cunoaștere

using both experimental and theoretical approaches.

folosind abordări teoretice și practice.

Of course, any ecosystem is extremely complex,

Bineînțeles că orice ecosistem este extrem de complex

and trying to describe all the moving parts is not only very difficult,

și încercarea de a descrie toate părțile care se schimbă nu e doar dificilă,

but also not very informative.

dar nici foarte relevantă.

There's also the issue of timescales,

Există și problema termenelor,

because some processes take place on a scale of seconds, some minutes,

deoarece anumite procese au loc pe o scară de secunde, câteva minute,

some days, months and years.

câteva zile, luni și ani.

It may not always be possible to separate those out experimentally.

Și nu e întotdeauna posibil să le separăm experimental.

And some things happen so quickly or so slowly

Iar unele lucruri se întâmplă așa de repede sau de încet,

that you may physically never be able to measure them.

încât nu suntem în stare să le măsurăm.

But as mathematicians,

Dar ca matematicieni,

we have the power to zoom in on any subsystem in any timescale

avem puterea de a ne concentra pe orice subsistem din orice perioadă

and simulate effects of interventions

și simula efecte de intervenție

that take place in any timescale.

care au loc în orice perioadă de timp.

Of course, this isn't the work of a modeler alone.

Desigur că aceasta nu este doar munca celui ce face modelul.

It has to happen in close collaboration with biologists.

Ci trebuie să se întâmple în strânsă colaborare cu biologul.

And it does demand some capacity of translation

Și necesită o capacitate de traducere

on both sides.

de ambele părți.

But starting with a theoretical formulation of a problem

Începând cu formularea teoretică a problemei

can unleash numerous opportunities for testing hypotheses

se pot deschide numeroase posibilități de testare a ipotezelor

and simulating scenarios and therapeutic interventions,

și simulare a scenariilor și a intervențiilor terapeutice,

all in a completely safe way.

toate într-un mod complet protejat.

It can identify gaps in knowledge and logical inconsistencies

Poate identifica lipsuri de cunoștințe și neconcordanțe logice

and can help guide us as to where we should keep looking

și ne poate arăta pe unde să o luăm

and where there may be a dead end.

și unde ar putea fi un punct mort.

In other words:

Cu alte cuvinte:

mathematical modeling can help us answer questions

modelul matematic ne ajută să răspundem la întrebări

that directly affect people's health --

care afectează în mod direct sănătatea oamenilor --

that affect each person's health, actually --

care afectează, de fapt, sănătatea fiecărui om --

because mathematical modeling will be key

pentru că modelul matematic va fi cheia

to propelling personalized medicine.

pentru progresul medicinei personalizate.

And it all comes down to asking the right question

Și toate se rezumă la a pune întrebarea potrivită

and translating it to the right equation ...

și a o transpune în ecuația corectă...

and back.

și înapoi.

Thank you.

Mulțumesc.

(Applause)

(Aplauze)