数学“治疗”癌症

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  克莉丝汀·斯旺森是一位女数学家,在美国华盛顿大学担任病理学副教授。她的工作听起来非常酷——用数学研究癌症。
  多年前,克莉丝汀的父亲死于肺癌,那时她是一名应用数学系的研究生。那是一段异常艰难的时光。她父亲是一位工程师,她关于数学的一切知识和爱好都来自父亲:父亲在克莉丝汀幼年的时候就陪她一起玩数学游戏,培养她将一切事物量化分析的思维习惯。父亲去世后,克莉丝汀选择了进医学院攻读,研究方向是数学生物学,师从著名的神经病理学教授埃尔斯沃思·奥尔沃德,专攻脑癌。克莉丝汀没有选择从肺癌开始,是因为这种癌症对她来说太难面对,她的两个哥哥都死于肺癌。数学或许不能解释命运,但至少能解释癌症,对于这一点,她深信不疑。
  当年克莉丝汀选择在医学院读书,就是为了进入一个真实的医学环境,以便接触真实的病人数据。她说:“我不是临床医生,但为了我的研究,我每天都与病人打交道,亲眼目睹他们的不幸,这样就会促使我把这些研究结果尽快应用到病人身上。”克莉丝汀的重点研究对象是脑神经胶质瘤。这是一种最常见的恶性脑肿瘤,也是最危险的,因为扩散性极强。它在脑子里像一张慢慢伸开的手,待到确诊时,往往伴随数百种基因变异,而且临床影像检测仪器如MRI(核磁共振)只能揭示其冰山一角,99.9%的癌细胞是无法显示的。
  克莉丝汀正在研究的模型其实是一组偏微分方程式。根据一个病人的MRI历史数据,计算癌细胞在脑组织内分裂与扩散的速度,并模拟它的扩散路径,这种方法不仅能显示癌细胞在颅内的当前真实分布(包括MRI不可见的部分),还能计算出它下一步最可能入侵的位置和速度。除此之外,它还能准确预测一个病人还能活多久,而不是给出一个笼统的“中位生存期”。更重要的是,它可以预测一个病人对于放疗的反应和效果。按照目前的标准程序,一个脑癌病人必须接受6周一次的脑部放疗(往往产生严重的副作用),但克莉丝汀的模型显示,一些肿瘤进展缓慢的病人,减少放疗次数也可以达到同样的效果:而一些肿瘤进展较快的病人则适宜一天两三次的低剂量放疗,以延长生存期。这个模型的另外一个好处还在于,让病人避免被实施危险而毫无希望的手术。因为,脑手术的风险很大,可能导致瘫痪,影响视力或者说话能力。有时候,不治疗反而是最好的治疗,会减少许多无谓的痛苦。
  对一个癌症病人来说,标准化的治疗方案是一个残酷而无奈的选择。他们往往要走许多弯路,才能找到一个合理的治疗方案,而等他们找到时,很可能剩下的时间已经不多了。这就是目前医学的现实——它从来不为个人而存在。但克莉丝汀的数学模型证明,个性化治疗未必要等到科学家破译所有的基因密码,以当前的技术手段,虽不可能治愈癌症,但至少能最大限度地提高疗效,减少伤害。“如果把病人看成一个整体,你会发现一切毫无规律而言,相同的癌症在不同的病人体内生长和扩散模式可能完全不同。但从个体的角度看,其实每个病人体内的癌细胞,其生长和扩散模式都是有迹可循的,预测起来并不困难。”事实上,克莉丝汀的模型非常简洁,只有两个关键参数,但预测结果却惊人的准确,而且已经在350多个病人身上得到了验证。
  “数学有人们不可想象的预测能力。”克莉丝汀说,“将来应该有这样一个模型,只要输入一个病人的相关数据,无论MRI或者基因测试结果,它就会自动分析肿瘤的行为模式,模拟肿瘤如何生长、扩散、转移,计算最佳的药物组合与治疗方案。到时候,1000个病人会有1000种不同的治疗方案。”对于数学治疗癌症的前景,克莉丝汀充满了信心。
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