Математична модель показала шлях до викорінення раку шийки матки

Дослідники з Університету Меріленду розробили інноваційну математичну модель, здатну визначити оптимальні стратегії для повної ліквідації раку шийки матки. Результати роботи, опубліковані в журналі Bulletin of Mathematical Biology, відкривають нові перспективи в боротьбі з четвертим за поширеністю видом онкології серед жінок.

Масштаб проблеми

Рак шийки матки залишається серйозною загрозою глобальному охороні здоров'я. Щорічно медики реєструють понад 660 000 нових випадків цього захворювання. Практично всі вони пов'язані з вірусом папіломи людини (ВПЛ) – найпоширенішою інфекцією, що передається статевим шляхом. Парадокс ситуації полягає в тому, що в 90% випадків організм самостійно справляється з вірусом протягом двох років, але решта 10% випадків стійкої інфекції можуть призвести до розвитку онкологічного захворювання.

«Дослідження наочно демонструє, як наука впливає на політику», – зазначив провідний автор роботи Абба Гумель, заслужений професор математики в Університеті Меріленду, який також працює в Інституті обчислювальної техніки в охороні здоров'я та Інституті фізичних наук і технологій.

Південнокорейський кейс

Для перевірки своєї моделі вчені обрали Південну Корею – країну з розвинутою системою охорони здоров'я та доступними статистичними даними. Модель враховує безліч факторів: стать, статус вакцинації, наявність ВПЛ-інфекції та стадію розвитку захворювання. Калібрування проводилося на основі даних про захворюваність раком у період з 1999 по 2020 рік.

Національна програма імунізації Південної Кореї, запущена в 2016 році, охоплює приблизно 80% дівчаток віком 12-17 років. Додатково 30 000 жінок віком 18-26 років щорічно проходять так звану «додаткову вакцинацію». Національна програма скринінгу забезпечує регулярні тести Папаніколау для 61% корейських жінок старше 20 років.

Однак моделювання виявило недостатність поточних заходів. «Це дозволяє досягти мети щодо зниження кількості випадків раку шийки матки, але не викорінить його повністю, – пояснив Гумель, співпрацюючи з командою розробників вакцини проти ВПЛ з компанії Merck Inc. – Мета – викорінення».

Два шляхи до успіху

Дослідницька група запропонувала два реалістичних сценарії досягнення повної елімінації вірусу в Південній Кореї. Перший варіант передбачає розширення охоплення вакцинацією до 99% жіночого населення. Другий сценарій зберігає поточний рівень у 80% для дівчаток, але додає вакцинацію 65% хлопчиків віком 12-17 років.

«Вакцинація хлопчиків знижує навантаження, пов'язане з необхідністю вакцинації значної частини дівчаток, – пояснив Гумель, займаючи кафедру математики імені Майкла та Євгенії Брин. – Це робить викорінення хвороби більш реалістичним».

Згідно з розрахунками, перший сценарій дозволить викорінити ВПЛ-асоційовані онкологічні захворювання протягом 60 років, другий – за 70 років. Соен Пак, провідний автор дослідження та аспірантка в галузі прикладної математики та статистики, підкреслила реалістичність обох стратегій для Кореї, враховуючи, що охоплення дитячою імунізацією проти кору в країні досягає 98%.

«Рівень небажання вакцинуватися дуже низький», – додала дослідниця.

Колективний імунітет як мета

Обидва запропоновані рішення спрямовані на досягнення колективного імунітету – стану, при якому люди, не здатні отримати вакцину за медичними показаннями, будуть захищені завдяки високому рівню вакцинації оточуючих.

«Спосіб захистити їх – оточити їх морем імунітету», – образно висловився Гумель.

Цікаво, що моделювання показало обмежену ефективність розширення скринінгових програм. Збільшення охоплення тестами Папаніколау принесло б лише незначну додаткову користь. Зате стратегії, спрямовані на просування більш безпечних сексуальних практик, включаючи використання презервативів, продемонстрували високу ефективність у зниженні поширення ВПЛ та пов'язаних з ним онкологічних захворювань.

Розширення моделі

Пак продовжує вдосконалювати математичну модель, додаючи в неї облік динаміки контактів між чоловіками, які мають статеві стосунки з чоловіками, а також інших груп підвищеного ризику, наприклад, жінок, які займаються проституцією. Таке розширення зробить модель ще більш точною та застосовною до різних соціальних контекстів.

На конференції в Південній Кореї минулого року дослідниця зустрілася з колегами, які тісно співпрацюють з корейськими органами охорони здоров'я. Вони виявили значний інтерес до використання результатів роботи для оптимізації національної програми профілактики захворювань.

Глобальне застосування

Розроблена модель не обмежується рамками однієї країни. Дослідники підкреслюють її універсальність і потенціал застосування в різних регіонах світу, включаючи США.

«Ми могли б використовувати інші дані, щоб порівняти уроки, витягнуті з боротьби з ВПЛ, з досвідом США, – розмірковує Пак. – Чи зможемо ми зробити те ж саме? Чи будуть ті ж самі стратегії втручання ефективно працювати тут?»

Гумель налаштований оптимістично щодо перспектив застосування моделі в американському контексті. Він вважає, що при використанні вакцини Gardasil-9, ефективність якої досягає 95% і яка доступна в США, для формування колективного імунітету буде достатньо охоплення близько 70% цільового населення.