A biztonság elengedhetetlen, mielőtt új gyógyszereket adnának a betegeknek - ezért évente több millió állaton tesztelik a gyógyszereket a lehetséges kockázatok és mellékhatások felismerése érdekében. A kutatások azonban azt mutatják, hogy a szív számítógépes szimulációi javíthatják a betegek gyógyszerfejlesztését és csökkenthetik az állatkísérletek szükségességét.
Az állatkísérletek a mai napig voltak a legpontosabb és legmegbízhatóbb stratégiák az új gyógyszerek ellenőrzésére, ám ez drága, időigényes és - némelyik számára - ellentmondásos.
Az állatok és az emberek közötti különbségek miatt előfordulhat, hogy néhány mellékhatást kihagynak. A kábítószer-kísérletek ezért különösen problematikusak, és egyértelmű, hogy új tesztelési módszerekre van szükség a jobb és biztonságosabb gyógyszerek kifejlesztésének lehetővé tétele érdekében.
Emberek és más állatok
Évente különféle állatfajokat - köztük patkányokat, egereket, nyulakat, tengerimalacokat, kutyákat és sertéseket - használnak gyógyszerfejlesztésben évente, hogy megjósolják az emberek szívének lehetséges mellékhatásait.
De bár az alapvető biológia hasonló, az állati és az emberi sejtek közötti kis különbségek felerősödnek, amikor a beteg gyógyszert szed. Ez azt jelenti, hogy a betegek kockázatának előrejelzése körülbelül (75–85 százalék) pontossági arányra korlátozódik, a kutatások azt mutatják, és ez a gyógyszer kivonását is eredményezi a piacról a kardiovaszkuláris biztonsági kérdések miatt.
Most azonban lehetséges egy új szívgyógyszer kipróbálása egy „virtuális emberben”. Az Oxfordi Egyetem Számítástudományi Tanszékén végzett közelmúltbeli kutatásaink azt mutatják, hogy az emberi szívsejteket ábrázoló számítási modellek nagyobb pontosságot mutatnak (89–96 százalék), mint az állatmodellek. a káros gyógyszerhatások, például a veszélyes aritmiák előrejelzésében, ahol a szívverés szabálytalanná válik és megállhat.
Ez azt mutatja, hogy az emberi számítási modellek további előnyökkel járnának, ha csökkentik az állatkísérletek alkalmazását a gyógyszervizsgálat korai szakaszában; a gyógyszerbiztonság javítása, ezáltal csökkentve a betegek kockázatát a klinikai vizsgálatok során; és felgyorsítja a gyógyszerek kifejlesztését az egészségügyi ellátást sürgősen igénylő betegek számára.
A szív számítógépes modelljei
A brit biológus, Denis Noble 1960-ban kezdte el először kísérletezni a szív számítógépes modelljeivel. Azóta a technológia fejlődött, és készen áll az ipari és klinikai környezetbe történő integrálására.
Az emberi kísérleti adatoknak köszönhetően az emberi számítógépes modellek most már különböző léptékben elérhetők, az egyes sejtektől a teljes szívig, és felhasználhatók az emberi szív viselkedésének felfedezésére egészséges vagy beteg állapotban, valamint drogok hatására.
A mindenki számára alkalmas módszer helyett új népesség-alapú megközelítések is léteznek. Mindenki más, és egyes gyógyszereknek csak a népesség bizonyos részeire lehetnek káros mellékhatásai, például egy speciális genetikai mutációval vagy betegséggel küzdő emberek.
A Computational Cardiovascular Science munkatársa tanulmánya kimutatta, hogy a szívsejtek emberi számítógépes modelljei pontosabbak, mint az állati kísérletek, a gyógyszerek által kiváltott mellékhatások előrejelzésekor az emberek szívében. Ez a kutatás nemzetközi díjat nyert, mivel képes helyettesíteni a laboratóriumokban végzett állatkísérleteket.
A technológiát beépítettük a Virtual Assay-nek nevezett szoftverbe, amelyet a nem szakértők könnyen használhatnak a modellezéshez és a szimulációkhoz.
A szoftver egy egyszerű felhasználói felületet kínál a Microsoft Windows számára, amelybe beépíthető az emberi adatok alapján meghatározott tulajdonságokkal rendelkező egészséges szívsejtek kontrollpopulációja. Ezután számítógépes szimulációval - az úgynevezett in silico gyógyszer-kísérletekkel - futtatható az eredmények elemzése előtt. Az egész folyamat nagyon gyors: öt perc alatt tart egy modern laptop segítségével egy gyógyszer tesztelése 100 emberi szívsejt modellben.
Számos gyógyszergyártó vállalat már használja és kiértékeli a virtuális esszét, amely ingyenes akadémiai licenccel elérhető, és amelyet orvosok és gyógyszergyárak is használhatnak.
Ez a kutatás a drogbiztonsági tesztek számítógépes modelljeinek integrációja felé tett szélesebb körű lépés részét képezi, amely magában foglalja az Átfogó in vitro proarrhythmia esszé kezdeményezést, amelyet az Egyesült Államok Élelmezési és Gyógyszerészeti Igazgatósága és más szervezetek támogatnak.
A számítógépes tudomány határainak tolása
Míg a szívsejtek szimulációja néhány perc alatt futhat, az egész szív 3D modellekhez még mindig óriási számítási teljesítmény szükséges. Például egy szívverés körülbelül három órát vesz igénybe egy szuperszámítógépen, amely közel 1000 processzort tartalmaz.
Most a szív 3D szimulációin dolgozunk, hogy szélesebb körben feltárjuk a gyógyszer szívbiztonságát és hatékonyságát. Ez magában foglalja a beteg állapotok, például az akut ischaemia feltárását, amikor a szív egyik artériájában a véráramlás akadályozva van. Ez a kutatás az CompBioMed európai projekt részét képezi, amelynek célja az egész emberi test: egy virtuális ember számítógépes modelljeinek felépítése.
Az akadémia, a gyógyszeripar és a szabályozó ügynökségek egyesítésével reméljük, hogy felgyorsítjuk az emberi alapú in silico módszerek alkalmazását a szívgyógyszer biztonságosságának és hatékonyságának értékeléséhez.
A számítógépes szimulációk gyorsabb, olcsóbb és hatékonyabb alternatívát jelentenek az állatkísérletekre - és hamarosan fontos szerepet játszanak a gyógyszerfejlesztés korai szakaszában.
Ezt a cikket eredetileg a The Conversation kiadta.
Elisa Passini, vezető kutató munkatárs, Oxfordi Egyetem
Blanca Rodriguez, Wellcome Trust alapvető orvosbiológiai tudományos főmunkatárs, számítástechnikai professzor, az Oxfordi Egyetem BHF CRE vezető kutatója
Patricia Benito, Oxfordi Egyetem
