Math can help uncover cancer's secrets | Irina Kareva

Translator: Hong Khanh LE Reviewer: Vi Phan Thi

I am a translator.

Tôi là một nhà phiên dịch.

I translate from biology into mathematics

Tôi dịch ngôn ngữ sinh học sang toán học

and vice versa.

và ngược lại.

Tôi viết các mô hình toán học

I write mathematical models

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

trong trường hợp của tôi, đó là những hệ thống phương trình vi phân,

to describe biological mechanisms,

để mô tả các cơ chế sinh học,

such as cell growth.

như là sự tăng trưởng của tế bào.

Essentially, it works like this.

Thực chất, công việc như sau.

First, I identify the key elements

Trước hết, tôi xác định các yếu tố chính

mà tôi tin qua thời gian, chúng có thể là hành vi điều khiển

that I believe may be driving behavior over time

of a particular mechanism.

của một cơ chế đặc biệt.

Sau đó, tôi hình thành các giả thiết

Then, I formulate assumptions

về cách mà những yếu tố ày tương tác với nhau

about how these elements interact with each other

and with their environment.

và với môi trường.

It may look something like this.

Ta có thể thấy như hình này.

Then, I translate these assumptions into equations,

Rồi tôi chuyển những giả thiết thành các phương trình

which may look something like this.

- trông giống như thế này.

Finally, I analyze my equations

Cuối cùng, tôi giải các phương trình

and translate the results back into the language of biology.

và chuyển kết quả trở lại thành ngôn ngữ sinh học.

Một khía cạnh chính của việc lập mô hình toán học,

A key aspect of mathematical modeling

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

là các nhà làm mô hình không tưởng tượng những thứ đó là gì;

we think about what they do.

mà chúng tôi nghĩ về điều chúng làm.

We think about relationships between individuals,

Chúng tôi nghĩ về mối quan hệ giữa các cá thể,

whether they be cells, animals or people,

dù chúng là tế bào, động vật hay người,

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

và cách mà chúng tương tác với các cá thể khác và với môi trường.

Let me give you an example.

Tôi xin đưa ra ví dụ:

What do foxes and immune cells have in common?

loài cáo và tế bào miễn dịch có điểm gì chung?

Cả hai đều là kẻ săn mồi,

They're both predators,

except foxes feed on rabbits,

nhưng cáo thì ăn thỏ,

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

còn tế bào miễn dịch được nuôi bằng kẻ xâm nhập như là tế bào ung thư.

But from a mathematical point of view,

Nhưng từ quan điểm toán học,

a qualitatively same system of predator-prey type equations

cùng hệ thống định tính của phương trình kẻ săn - con mồi

will describe interactions between foxes and rabbits

sẽ mô tả tương tác giữa cáo và thỏ

and cancer and immune cells.

cũng giống như tế bào miễn dịch và tế bào ung thư.

Predator-prey type systems have been studied extensively

Hệ thống kẻ săn - con mồi được nghiên cứu rộng rãi

in scientific literature,

trong ấn bản khoa học,

describing interactions of two populations,

mô tả những tương tác giữa hai quần thể,

ở đó sự sinh tồn của loài này phụ thuộc vào sự tiêu thụ của loài kia.

where survival of one depends on consuming the other.

And these same equations provide a framework

Và những phương trình tương đương này đưa ra một kết cấu

for understanding cancer-immune interactions,

để hiểu tương tác giữa tế bào miễn dịch và tế bào ung thư,

where cancer is the prey,

ở đó tế bào ung thư là con mồi,

and the immune system is the predator.

và hệ thống miễn dịch là kẻ săn mồi.

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

Và khi con mồi dùng mọi chiêu thức để ngăn kẻ săn giết nó,

ranging from camouflaging itself

ẩn nấp nhờ vào ngụy trang

to stealing the predator's food.

để trộm thức ăn của kẻ săn mồi.

This can have some very interesting implications.

Điều này có thể có những hệ quả thú vị.

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

Ví dụ, dù thành công to lớn trong liệu pháp miễn dịch,

there still remains somewhat limited efficacy

vẫn còn bị hạn chế phần nào

when it comes solid tumors.

khi gặp khối u rắn.

But if you think about it ecologically,

Nhưng nếu nói theo mặt sinh thái,

both cancer and immune cells --

cả ung thư và tế bào miễn dịch -

the prey and the predator --

con mồi và kẻ săn mồi -

require nutrients such as glucose to survive.

đều cần chất dinh dưỡng như glucose để tồn tại.

If cancer cells outcompete the immune cells for shared nutrients

Nếu các tế bào ung thư thắng tế bào miễn dịch trong việc giành chất dinh dưỡng

in the tumor microenvironment,

trong vi môi trường khối u,

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

thì các tế bào miễn dịch sẽ không thể thực hiện công việc của chúng.

This predator-prey-shared resource type model

Mô hình chia sẻ tài nguyên kiểu kẻ đi săn - con mồi

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

là nghiên cứu của riêng tôi.

And it was recently shown experimentally

Và gần đây thực nghiệm chứng minh

that restoring the metabolic balance in the tumor microenvironment --

rằng khôi phục cân bằng trao đổi chất trong vi môi trường khối u --

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

đó là đảm bảo cho tế bào miễn dịch có đầy đủ thức ăn --

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

có thể cho chúng, những kẻ đi săn, lấy lại vị thế tấn công ung thư, là con mồi.

This means that if you abstract a bit,

Nếu nói trừu tượng một chút,

you can think about cancer itself as an ecosystem,

bạn có thể tưởng tượng ung thư như một hệ sinh thái,

where heterogeneous populations of cells compete and cooperate

ở đó các quần thể tế bào hỗn tạp cạnh tranh và hợp tác

for space and nutrients,

để giành chỗ sống và thức ăn,

interact with predators -- the immune system --

tương tác với kẻ săn mồi -- tế bào miễn dịch --

migrate -- metastases --

với kẻ di trú -- tế bào di căn --

all within the ecosystem of the human body.

trong toàn hệ sinh thái là cơ thể người.

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

Ta biết gì về hầu hết các hệ sinh thái từ ngành sinh học bảo tồn?

That one of the best ways to extinguish species

Một trong những cách tốt nhất để loại bỏ loài nào đó

is not to target them directly

chính là không tấn công chúng trực tiếp

but to target their environment.

mà tấn công vào môi trường sống của chúng.

And so, once we have identified the key components

Vậy một khi ta xác định được thành tố chính

of the tumor environment,

của môi trường khối u,

we can propose hypotheses

chúng ta có thể giả thuyết

and simulate scenarios and therapeutic interventions

và mô phỏng các tình huống rồi can thiệp trị liệu

all in a completely safe and affordable way

rất an toàn và giá thành hợp lí

and target different components of the microenvironment

và tấn công các thành tố khác trong vi môi trường

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

theo cách tiêu diệt ung thư mà không gây hại cho vật chủ,

such as me or you.

như tôi và bạn đây.

And so while the immediate goal of my research

Vậy nghiên cứu của tôi có mục tiêu ngắn hạn

is to advance research and innovation

là thúc đẩy nghiên cứu, đổi mới

and to reduce its cost,

và giảm chi phí nghiên cứu,

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

đương nhiên, mục đích thực là cứu lấy các sự sống.

And that's what I try to do

Đó là điều tôi cố làm

through mathematical modeling applied to biology,

nhờ vào sự mô hình hóa toán học áp dụng cho sinh học,

and in particular, to the development of drugs.

và đặc biệt, là để phát triển thuốc trị bệnh.

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

Đó là một lĩnh vực mà cho tới nay vẫn còn bị xem là thứ yếu,

but it has matured.

nhưng nó đã chín muồi rồi.

And there are now very well-developed mathematical methods,

Hiện nay, có nhiều phương pháp toán học rất phát triển,

a lot of preprogrammed tools,

với nhiều công cụ được lập trình sẵn,

including free ones,

nhiều cái miễn phí,

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

và sẵn có khả năng tính toán ngày càng tăng.

The power and beauty of mathematical modeling

Sức mạnh và vẻ đẹp của mô hình toán học

lies in the fact that it makes you formalize,

nằm ở chỗ là nó cho phép ta chính thức hóa

in a very rigorous way,

theo cách thức rất nghiêm ngặt

what we think we know.

điều ta nghĩ và cái ta biết.

We make assumptions,

Chúng ta đưa ra các giả thiết,

translate them into equations,

chuyển chúng thành các phương trình,

run simulations,

cho chạy mô phỏng,

all to answer the question:

tất cả để trả lời câu hỏi:

In a world where my assumptions are true,

trong môi trường nơi giả thiết của tôi là đúng,

what do I expect to see?

thì tôi mong điều gì xảy ra?

It's a pretty simple conceptual framework.

Đó là khung khái niệm khá đơn giản.

It's all about asking the right questions.

Đó là việc đặt ra những câu hỏi đúng.

But it can unleash numerous opportunities for testing biological hypotheses.

Nhưng nó có thể mở ra nhiều thuận lợi để kiểm tra các giả thuyết sinh học.

If our predictions match our observations,

Nếu dự đoán khớp với các quan sát

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

thì thật tuyệt! - vậy là đi đúng hướng nên có thể đưa ra các dự đoán xa hơn

by changing this or that aspect of the model.

bằng cách thay đổi các phương diện của mô hình.

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

Tuy nhiên, nếu dự đoán không khớp với các quan sát,

that means that some of our assumptions are wrong,

nghĩa là một số giả thiết của chúng tôi sai,

and so our understanding of the key mechanisms

nghĩa là những hiểu biết về cơ chế chính

of underlying biology

của sinh học cơ bản

is still incomplete.

vẫn còn chưa hoàn chỉnh.

Luckily, since this is a model,

Thật may, vì đây là mô hình,

we control all the assumptions.

nên chúng tôi nắm rõ các giả thiết.

So we can go through them, one by one,

Cho nên chúng tôi có thể xét riêng từng cái một,

identifying which one or ones are causing the discrepancy.

xác định xem một hay nhiều giả thiết gây ra những khác biệt.

And then we can fill this newly identified gap in knowledge

Rồi chúng tôi có thể bổ sung những phần kiến thức còn thiếu vừa mới được xác định

using both experimental and theoretical approaches.

bằng cách dùng cả phương pháp thực nghiệm và lý thuyết.

Of course, any ecosystem is extremely complex,

Đương nhiên, bất kỳ hệ sinh thái nào cũng vô cùng phức tạp,

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

và việc mô tả tất cả những phần tử chuyển động không chỉ rất khó

but also not very informative.

mà còn bị thiếu thông tin.

There's also the issue of timescales,

Ở đây cũng còn cả vấn đề thời gian,

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

vì vài quy trình mất và giây, vài phút,

some days, months and years.

vài ngày, vài tháng hay vài năm.

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

Trên thực nghiệm, không phải lúc nào cũng có thể tách chúng ra.

And some things happen so quickly or so slowly

Và một số trường hợp xảy ra quá nhanh hoặc quá chậm

that you may physically never be able to measure them.

cho nên thực chất, không thể đo lường chính xác được.

But as mathematicians,

Nhưng với tư cách là nhà toán học,

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

chúng tôi có thể phóng to theo bất kỳ tỷ lệ thời gian nào.

and simulate effects of interventions

và mô phỏng những kết quả các lần can thiệp,

that take place in any timescale.

các can thiệp cũng đươc tính theo tỷ lệ trên.

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

Đương nhiên, đây không là việc của riêng người làm mô hình.

It has to happen in close collaboration with biologists.

Nó phải được thực hiện với sự hợp tác chặc chẽ của các nhà sinh học.

And it does demand some capacity of translation

Và nó đòi hỏi khả năng chuyển ngữ

on both sides.

từ cả hai chuyên ngành.

But starting with a theoretical formulation of a problem

Nhưng bắt đầu với một công thức lý thuyết của một luận đề

can unleash numerous opportunities for testing hypotheses

có thể mở ra nhiều cơ hội để kiểm tra những giả thuyết

and simulating scenarios and therapeutic interventions,

và việc mô phỏng các tình huống và can thiệp trị liệu,

all in a completely safe way.

tất cả được thực hiện theo cách tuyệt đối an toàn.

It can identify gaps in knowledge and logical inconsistencies

Nó có thể xác định được những lỗ hổng kiến thức và mâu thuẫn logic,

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

có thể chỉ cho ta cần nơi cần tiếp tục quan sát

and where there may be a dead end.

và nơi nào có thể là một ngõ cụt.

In other words:

Nói cách khác,

mathematical modeling can help us answer questions

lập mô hình hóa toán học có thể giúp ta trả lời các câu hỏi

that directly affect people's health --

liên quan trực tiếp đến sức khỏe con người

that affect each person's health, actually --

thật sự liên quan trực tiếp đến sức khỏe của mỗi người--

because mathematical modeling will be key

vì mô hình hóa toán học sẽ là chìa khóa

to propelling personalized medicine.

thúc đẩy y học đạt đến mức cá nhân hóa.

And it all comes down to asking the right question

Và nói đơn giản nghĩa là cần đặt câu hỏi đúng

and translating it to the right equation ...

và chuyển ngữ thành phương trình chính xác

and back.

và ngược lại.

Thank you.

Xin cảm ơn.

(Applause)

(Vỗ tay)