Stochastic Model of the Processe of the Spread of Platinum Drugs in Tumor Tissues

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Purpose: The study of the kinetics of the spatio-temporal distribution of cisplatin, as an agent capable of increasing the effectiveness of chemo-radiation therapy of solid tumors.

Material and methods: The material was the data of literature on the results of experiments of various groups of authors who studied the content of platinum in tissues on biopsy materials. The method of simulation mathematical modeling (in silico) is used, based on the biological patterns of tumor growth, morphofunctional changes in the structure of tumor cells and tissues. Model is based on reaction-diffusion equation system, coefficients of which are random functions of space and time. The model takes into account the sequence of processes from intravenous administration of cisplatin and its spatial distribution in various tissues, until the excretion of its addicts from the cell.

Results: The heterogeneity of the distribution of the concentration of platinum atoms in the tumor is shown. Perhaps this is due to the varying degree of vascularization of tissues, the rate of metabolism of the tumor occurring in the outer layer and in its hypoxic core. These processes lead to significant errors when evaluating the biopsy data obtained in the experiments and the analysis of platinum content in the biopsy.

Conclusions: The calculation assessments of the distribution of platinum atoms in the tumor are consistent with the literature on the concentration of cisplatin in biopsy samples for carcinoma. The results of the calculations on the described model are fair, taking into account the morphological type, the size of the tumor and the plan of the administration of the drug. For other conditions (cancer types, treatment regimens, etc.), new calculations are necessary. To increase the efficiency of combined chemo-radiation therapy, cisplatin should be introduced at least 72 hours before the start of radiation therapy.

About the authors

D. A. Ginevsky

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: dgin@oits.ru
Moscow

P. V. Izhevskij

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: dgin@oits.ru
Moscow

T. N. Laschenova

A.I. Burnazyan Federal Medical Biophysical Center

Email: dgin@oits.ru
Moscow

References

  1. Zlokachestvennyye Novoobrazovaniya v Rossii v 2022 Godu (Zabolevayemost’ i Smertnost’)=Malignant Neoplasms in Russia in 2022 (Incidence and Mortality). Ed. A.D.Kaprin. Moscow, National Medical Research Radiological Centre of the Ministry of Health of the Russian Federation Publ., 2023. 275 p. (In Russ.).
  2. Bucci МК, Bevan A, Roach М. Advances in Radiation Therapy: Conventional to 3D, to IMRT, to 4D and Beyond. СA Cancer Clin. 2005;55;2:117–34.
  3. Sukhikh Е.S., Sukhikh L.G., Anikeyeva O.YU., Izhevs-kiy P.V., Sheyno I.N. Dosimetric Evaluation for Various Methods of Combined Radiotherapy of Cervical Cancer. Meditsinskaya Radiologiya i Radiatsionnaya Bezopasnost’= Medical Radiology and Radiation Safety. 2019;64;1:45-52(In Russ.). doi: 10.12737/article_5c55fb4a074ee1.27347494
  4. Dar’yalova S.L., et al. The Use of Antitumor Drugs as Modifiers of the Reaction of Malignant Tumors to Radiation Therapy. Sovremennyye Tendentsii Razvitiya Lekarstvennoy Terapii Opukholey = Modern Trends in the Development of Drug Therapy for Tumors. Moscow Publ., 1998. 76 p.(In Russ.).
  5. Bolotina L.V., Vladimirova L.YU., Den’gina N.V., Novik A.V., Romanov I.S. Practical Recommendations for the Treatment of Malignant Tumors of the Head and Neck. Malignant Tumors. 2016;452;55-63. (In Russ.). doi: 10.18027/2224-5057-2016-452-55-63
  6. URL https://www.rlsnet.ru/drugs/cisplatin-ronc-58005 (accessed date: 25.05.2024).
  7. Grokhovskiy S. L., Zubarev V. Ye. Specific Cleavage of 2-Helix Dna Induced by Ionization of Platinum Atom by X-Ray Irradiation. Reports of the Academy of Sciences of the USSR Publ., 1990;313;6:1500-4 (In Russ.).
  8. Ginevskiy A.F., Ginevskiy D.A., Izhevskiy P.V. Numerical Modeling of Space-time Distribution of a Drug Agent in Biological Tissue. Mathematical Modeling. 2021;33;11:3-17. https://doi.org/10.20948/mm-2021-11-01
  9. Biston М.С., Jouber A., Adam J.F., Elleaume H., Bohic H., Charvet A.M., Estève F., Foray N., Balosso J. Cure of Fisher Rats Bearing Radioresistant F98 Glioma Treated with cis-Platinum and Irradiated with Monochromatic Synchrotron X-Rays. Cancer Research. 2004;Apr 1;64:2317-23.
  10. Zamboni W.C., Gervais A.C., Egorin M.J., Schellens J.H., Hamburger D.R., Delauter B.J., Grim A., Zuhowski E.G., Joseph E., Pluim D., Potter D.M., Eiseman J.L. Inter- and Intratumoral Disposition of Platinum in Solid Tumors after Administration of Cisplatin. Clin Cancer Res. 2002;Sep;8;9:2992-9. PMID: 12231546.
  11. Tsyushi Ch. Konformatsionnyye Izmeneniya Molekuly Dnk pri Vzaimodeystvii s Koordinatsionnymi Soyedineniyami Platiny i Serebra = Conformational Changes in the DNA Molecule During Interaction with Coordination Compounds of Platinum and Silver. .Candidate’s Thesis (Physical and Mathematical Sciences). St. Petersburg Publ., 2015. 120 p. (In Russ.).
  12. Akaboshi M., Kawai K., Maki H., Akuta K., Ujeno У., Miyahara T. The Number of Platinum Atoms Binding to DNA, RNA and Protein Molecules of HeLa Cells Treated with Cisplatin at Its Mean Lethal Concentration. Jpn. J. Cancer Res. 1992;Мау;83:522-6.
  13. Holding JD, Lindup WE, Bowdler DA, Siodlak MZ, Stell PM. Disposition and Tumour Concentrations of Platinum in Hypoalbuminaemic Patients after Treatment with Cisplatin for Cancer of the Head and Neck. Br. J. Clin. Pharmac. 1991;32:173-9.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».