Jumlah penderita kanker di seluruh dunia diperkirakan akan meningkat secara signifikan. World Health Organization (WHO) pada tahun 2020 memperkirakan selama 20 tahun ke depan jumlah kasus kanker akan meningkat sebesar 60%. World Health Organization (WHO) juga mengestimasi terdapat 18,1 juta kasus kanker baru dan 9,6 juta kematian yang terjadi akibat penyakit kanker pada tahun 2018. Penyakit kanker merupakan jenis penyakit yang cakupannya sangat luas, melibatkan pembelahan sel yang tidak terkendali. Pembelahan sel yang tidak terkendali ini mengarah pada pertumbuhan sel tumor. Sel tumor dapat bersifat jinak ataupun ganas. Sel tumor yang bersifat jinak tidak menyerang jaringan di sekitarnya dan tidak menyebar melalui pembuluh darah ke bagian tubuh lainnya. Sedangkan sel tumor yang bersifat ganas dapat menyerang sel normal, serta menyebar ke bagian tubuh lain dan mengakibatkan penyakit kanker. Ketika sel tumor terus berkembang biak hingga dapat dideteksi dalam ruang fisiologis tertentu dalam tubuh manusia, maka sistem kekebalan akan dipicu ke mode “Cari dan Hancurkan”. Sel tumor akan mengekspresikan antigen atau zat yang dapat dikenali oleh sistem kekebalan tubuh, zat ini dapat merangsang sistem kekebalan untuk menghasilkan antibodi sebagai bentuk perlawanan terhadap sel tumor.
Di dalam tubuh terdapat sistem yang memiliki peran penting dalam melawan sel tumor, yakni sistem kekebalan. Sistem kekebalan memiliki dua komponen utama yang berinteraksi satu sama lain untuk mempertahankan organisme dari patogen, yaitu komponen alami dan adaptif. Salah satu sel dari komponen adaptif yang memainkan peran penting dalam melawan sel tumor adalah limfosit T. Selama melawan sel tumor, limfosit T akan berkembang menjadi sel-sel khusus, diantaranya yaitu sel T CD8+ dan sel T CD4+. Pada umumnya sel T CD4+ dapat diklasifikasikan ke dalam sel T pembantu dan sel T regulator. Sel T pembantu memiliki peran dalam mengontrol imunitas adaptif terhadap patogen dan tumor dengan mengaktifkan sel T CD8+. Setelah diaktivasi oleh sel T pembantu, sel T CD8+ akan berdiferensiasi menjadi limfosit T sitotoksik, yang umumnya disebut sebagai sel efektor. Untuk sel T regulator sendiri juga memainkan peran penting dalam menekan respon imun yang berlebihan, tetapi sel T regulator memodulasi fungsi sel efektor yang membuat sel efektor tidak dapat melanjutkan aktivitas sitotoksiknya dan menyebabkan respon imun menjadi lemah terhadap sel tumor.
Penelitian terkait interaksi sistem imun dan sel tumor telah beberapa kali dilakukan di beberapa bidang keilmuan, salah satunya adalah bidang matematika dengan pendeketan model matematika, diantaranya, Kuznetsov dkk (1994) membangun model pertumbuhan tumor dengan menganalisis dampak sel efektor terhadap sel tumor. Kemudian Kirschner dan Panetta (1998) memperkenalkan interleukin-2 (IL-2) untuk membentuk model imunoterapi tumor klasik dan memperkirakan bahwa sejumlah sel efektor infus dan IL-2 dapat memberantas tumor. Wilson dan Levy (2012) membuat model matematika yang mengandung sel T regulator dan mempelajari ketiadaan pengobatan, pengobatan vaksin, pengobatan anti-TGF-β, dan kombinasi pengobatan antara vaksin dan anti-TGF-β, serta analisis sensitivitas dari beberapa parameter penting. Dong dkk (2014) membangun model persamaan diferensial biasa tiga dimensi yang berfokus pada efek sel T pembantu pada sistem kekebalan tumor. Pang dkk (2019) membangun model matematika respon imun anti tumor sederhana dan realistis yang melibatkan peran limfosit belum matang dan matang. Makhlouf dkk (2020) mengusulkan suatu model matematika persamaan diferensial biasa yang memprediksi interaksi sel tumor, sel pembunuh alami, sel T CD4+, sel T CD8+, sel limfosit bersirkulasi dan interleukin-2. Kemudian Yang dkk (2020) mengusulkan model interaksi sistem imun dan sel tumor berdasarkan mekanisme pelepasan imun yang melibatkan pihak ketiga yaitu sel T regulator.
Pada penelitian ini, kami mengembangkan model yang diusulkan oleh Yang dkk (2020), dengan menambahkan populasi sel normal yang bersaing dengan sel tumor untuk sumber daya yang tersedia dan mempertimbangkan inaktivasi sel efektor oleh sel tumor, serta mengubah bentuk bilinear pada interaksi sistem imun dan sel tumor menjadi bentuk kinetika Michaelis-Menten, sebab bentuk kinetika Michaelis-Menten dapat menggambarkan reaksi kimiawi dan mekanisme interaksi antara sistem imun dan sel tumor yang diketahui sangatlah kompleks.
Penulis: Cicik Alfiniyah, M.Si., Ph.D
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Commun. Math. Biol. Neurosci. (scik.org)
Authors: Cicik Alfiniyah, Agustin Khoirun Nisa, Windarto -, Nashrul Millah
Title: MATHEMATICAL MODELLING OF TUMOR-IMMUNE SYSTEM BY CONSIDERING THE REGULATORY T CELLS ROLE.
