Математическая модель показала путь к искоренению рака шейки матки

Исследователи из Университета Мэриленда разработали инновационную математическую модель, способную определить оптимальные стратегии для полной ликвидации рака шейки матки. Результаты работы, опубликованные в журнале Bulletin of Mathematical Biology, открывают новые перспективы в борьбе с четвертым по распространенности видом онкологии среди женщин.

Масштаб проблемы

Рак шейки матки остается серьезной угрозой глобальному здравоохранению. Каждый год медики регистрируют более 660 000 новых случаев этого заболевания. Практически все они связаны с вирусом папилломы человека (ВПЧ) – самой распространенной инфекцией, передающейся половым путем. Парадокс ситуации заключается в том, что в 90% случаев организм самостоятельно справляется с вирусом в течение двух лет, но оставшиеся 10% случаев стойкой инфекции могут привести к развитию онкологического заболевания.

«Исследование наглядно демонстрирует, как наука влияет на политику», – отметил ведущий автор работы Абба Гумель, заслуженный профессор математики в Мэрилендском университете, который также работает в Институте вычислительной техники в здравоохранении и Институте физических наук и технологий.

Южнокорейский кейс

Для проверки своей модели ученые выбрали Южную Корею – страну с развитой системой здравоохранения и доступными статистическими данными. Модель учитывает множество факторов: пол, статус вакцинации, наличие ВПЧ-инфекции и стадию развития заболевания. Калибровка проводилась на основе данных о заболеваемости раком в период с 1999 по 2020 год.

Национальная программа иммунизации Южной Кореи, запущенная в 2016 году, охватывает примерно 80% девочек возрастом 12-17 лет. Дополнительно 30 000 женщин в возрасте 18-26 лет ежегодно проходят так называемую «дополнительную вакцинацию». Национальная программа скрининга обеспечивает регулярные тесты Папаниколау для 61% корейских женщин старше 20 лет.

Однако моделирование выявило недостаточность текущих мер. «Это позволяет достичь цели по снижению числа случаев рака шейки матки, но не искоренит его полностью, – пояснил Гумель, сотрудничавший с командой разработчиков вакцины против ВПЧ из компании Merck Inc. – Цель – искоренение».

Два пути к успеху

Исследовательская группа предложила два реалистичных сценария достижения полной элиминации вируса в Южной Корее. Первый вариант предполагает расширение охвата вакцинацией до 99% женского населения. Второй сценарий сохраняет текущий уровень в 80% для девочек, но добавляет вакцинацию 65% мальчиков в возрасте 12-17 лет.

«Вакцинация мальчиков снижает нагрузку, связанную с необходимостью вакцинации значительной части девочек, – объяснил Гумель, занимающий кафедру математики имени Майкла и Евгении Брин. – Это делает искоренение болезни более реалистичным».

Согласно расчетам, первый сценарий позволит искоренить ВПЧ-ассоциированные онкологические заболевания в течение 60 лет, второй – за 70 лет. Соен Пак, ведущий автор исследования и аспирантка в области прикладной математики и статистики, подчеркнула реалистичность обеих стратегий для Кореи, учитывая, что охват детской иммунизацией против кори в стране достигает 98%.

«Уровень нежелания вакцинироваться очень низок», – добавила исследовательница.

Коллективный иммунитет как цель

Оба предложенных решения направлены на достижение коллективного иммунитета – состояния, при котором люди, не способные получить вакцину по медицинским показаниям, будут защищены благодаря высокому уровню вакцинации окружающих.

«Способ защитить их – окружить их морем иммунитета», – образно выразился Гумель.

Интересно, что моделирование показало ограниченную эффективность расширения скрининговых программ. Увеличение охвата тестами Папаниколау принесло бы лишь незначительную дополнительную пользу. Зато стратегии, направленные на продвижение более безопасных сексуальных практик, включая использование презервативов, продемонстрировали высокую эффективность в снижении распространения ВПЧ и связанных с ним онкологических заболеваний.

Расширение модели

Пак продолжает совершенствовать математическую модель, добавляя в нее учет динамики контактов между мужчинами, имеющими сексуальные отношения с мужчинами, а также других групп повышенного риска, например, женщин, занимающихся проституцией. Такое расширение сделает модель еще более точной и применимой к различным социальным контекстам.

На конференции в Южной Корее в прошлом году исследовательница встретилась с коллегами, тесно сотрудничающими с корейскими органами здравоохранения. Они проявили значительный интерес к использованию результатов работы для оптимизации национальной программы профилактики заболеваний.

Глобальное применение

Разработанная модель не ограничивается рамками одной страны. Исследователи подчеркивают ее универсальность и потенциал применения в различных регионах мира, включая США.

«Мы могли бы использовать другие данные, чтобы сравнить уроки, извлеченные из борьбы с ВПЧ, с опытом США, – размышляет Пак. – Сможем ли мы сделать то же самое? Будут ли те же самые стратегии вмешательства эффективно работать здесь?»

Гумель настроен оптимистично относительно перспектив применения модели в американском контексте. Он полагает, что при использовании вакцины Gardasil-9, эффективность которой достигает 95% и которая доступна в США, для формирования коллективного иммунитета будет достаточно охвата около 70% целевого населения.