Парадокс Паррондо: от теории игр к лечению рака
🔬 Часто две проигрышные стратегии могут объединяться в выигрышную. Описанное в теории игр как парадокс Паррондо, это контр-интуитивное явление проявляется в физике, финансах и биологии. Например, организмы вроде медуз переключаются между одиночным и коллективным образом жизни. Хотя одиночное существование делает их более уязвимыми к стрессам окружающей среды, коллективные скопления могут привести к истощению ресурсов. 🐠
🔬 В медицине китайские учёные из Ланьчжоуского университета под руководством Де-Мин Лю предложили способ использования парадокса Паррондо для лечения рака, объединив две терапевтические стратегии в одну, которая может быть более эффективной в определённых ситуациях.
💊 В настоящее время для лечения большинства видов рака применяются две стратегии химиотерапии. Пациентам либо вводят максимально переносимую дозу (МПД) препарата через определённые интервалы, либо проводят низкодозную метрономик-терапию (НДМТ) — лечение низкими, но устойчивыми дозами. Первый подход быстро убивает чувствительные к препарату раковые клетки, но даёт устойчивым к препарату клеткам возможность размножаться, усложняя лечение опухоли. При втором подходе оба типа раковых клеток могут пережить терапию, что позволяет раку вернуться.
🔬 В последние годы врачи начали исследовать адаптивную терапию — экспериментальный протокол лечения, который переключается между двумя схемами. Адаптивная терапия направлена на поддержание размера опухоли в управляемом диапазоне, используя конкуренцию между чувствительными к препарату и устойчивыми к нему клетками. Однако для этого требуются сложные методы, такие как секвенирование отдельных клеток, чтобы количественно определить долю чувствительных и устойчивых клеток.
📈 Новая работа намекает на то, что такой уровень мониторинга может быть необязателен. Вместо этого переключение между двумя типами лечения может происходить в фиксированное время, выбранное на основе моделей развития рака.
🔬 Исследователи смоделировали пространственную модель экосистемы рака, населённую здоровыми клетками, а также чувствительными к препарату и устойчивыми к нему раковыми клетками. Согласно симуляциям, при НДМТ чувствительные клетки преобладали, когда доза препарата была слишком низкой, чтобы подавить их, в то время как устойчивые клетки преобладали при достаточно высокой дозе.
📊 Цель адаптивной терапии — сдержать опухоль, поддерживая терпимую популяцию чувствительных клеток, которые подавляют устойчивые клетки за счёт их быстрого размножения. Однако на практике это труднодостижимо, поскольку компоненты МТД и НДМТ, объединённые в адаптивной терапии, часто уничтожают соответственно слишком много и слишком мало чувствительных клеток.
🔬 Моделирование показало, что для определённых длин лечебных циклов простое переключение между двумя режимами позволяет избежать обеих крайностей. Это чередование представляет собой «слабую» форму парадокса Паррондо (включающую комбинацию двух неоптимальных, а не проигрышных стратегий).
Квантовая частота: новый шаг в квантовых технологиях
🔬 Многие квантовые технологии требуют передачи микроволновых сигналов между различными компонентами. Но данный компонент обычно может отправлять и принимать сигналы только в определённом, ограниченном диапазоне частот. Хотя эту проблему можно решить, добавив устройства, которые преобразуют микроволновые сигналы из одной частоты в другую, такие устройства часто ограничены по полосе пропускания или эффективности преобразования.
🔬 Теперь Юфэн Ву и его коллеги из Йельского университета продемонстрировали устройство, которое обеспечивает высокую эффективность преобразования в широком диапазоне частот. Устройство состоит из микроскопической схемы, нанесённой на тонкую плёнку из сверхпроводящего материала ниобий нитрид, которая размещена на кремниевой подложке.
🔬 Схема включает серию точно спроектированных петель, напоминающих волосы. В этих петлях микроволновой сигнал заданной частоты смешивается с сильным микроволновым импульсом для получения сигнала другой частоты. Этот сдвиг частоты можно настроить, применив магнитное поле к схеме и отрегулировав его силу.
🔬 Ву и его коллеги сообщают, что их устройство может работать в диапазоне частот от 4,85 до 8,5 ГГц с эффективностью преобразования от 80% до 100%. Важно отметить, что процесс преобразования добавляет мало шума к микроволновому сигналу и сохраняет его хрупкие квантовые свойства.
🔬 Исследователи говорят, что универсальность устройства может помочь учёным повысить эффективность и интеграцию широкого спектра квантовых сетей и квантовых информационных процессоров, работающих на микроволновых частотах.