بهینه‌سازی مصرف دارو در درمان سرطان با استفاده از درمان ترکیبی شیمی‌درمانی و ایمنی‌درمانی

یکی از موثرترین درمان‌هایی که برای سرطان پیشنهاد می‌شود، یک درمان ترکیبی شامل شیمی‌درمانی و ایمنی‌درمانی است. در این پژوهش مدل غیرخطی چند ورودی شامل روش‌های درمانی شیمی‌درمانی و ایمنی‌درمانی برای رشد تومور سرطانی در نظر گرفته شده است. به‌دلیل اثرات مخرب شیمی‌درمانی و اثرات مقاومت دارویی، باید از حد مشخصی از دارو استفاده کرد. همچنین، لازم است درمان حتی‌الامکان در بازه زمانی محدود صورت گیرد. یکی از راه‌کارهای انتخاب‌شده برای این منظور، پروتکل درمانی بهینه است که در این مقاله از روش کنترل بهینه بر مبنای حل معادله ریکاتی وابسته به حالت استفاده شده و برای مدل غیرخطی توسعه‌یافته طراحی می‌شود. در ادامه برای نشان‌دادن انعطاف‌پذیری در طراحی، مقادیر متفاوتی برای ماتریس وزنی مربوط به ورودی در نظر گرفته شده و حساسیت کنترل‌کننده پیشنهادی مورد ارزیابی قرار می‌گیرد. سیستم در تمام حالت‌ها حول نقطه تعادل بدون تومور به پایداری می‌رسد. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد درمان سرطان با کنترل‌کننده پیشنهادی در مقایسه با نتایج مدل مرجع استفاده‌شده، در زمان کمتر و با مصرف داروی کمتر محقق می‌شود.

Optimization of Drug Usage in Cancer Treatment using Combination of Chemotherapy and Immunotherapy

Combination method, including chemotherapy and immunotherapy, is one of the most effective treatment approaches suggested for cancer. In this study, a nonlinear multiinput model including chemotherapy and immunotherapy is considered for treatment of cancerous tumor growth. Due to side effects of chemotherapy and drug resistance effects, the level of used drug should be limited. In addition, the treatment should be performed in limit time. One of the solutions, which can be selected for this purpose, is the optimal treatment protocol. State dependent Riccati equation is the optimal strategy of this paper, which is designed for the tumor growth model. Afterwards, in order to show the flexibility of controller designing, several values for input weighting matrices are selected and the sensitivity of the proposed controller is analyzed. System is stabilized around the equilibrium point without tumor. Simulation results demonstrate the cancer treatment using the proposed controller could be performed in less time and by using lower drug dosage in comparison to the used method of reference model.