Siguranța este imperativă înainte de administrarea de noi medicamente pacienților - motiv pentru care medicamentele sunt testate pe milioane de animale din întreaga lume în fiecare an pentru a detecta posibile riscuri și efecte secundare. Dar cercetările arată că simulările computerizate ale inimii au potențialul de a îmbunătăți dezvoltarea de medicamente pentru pacienți și de a reduce nevoia de testare pe animale.
Testarea pe animale a fost până în prezent cea mai precisă și mai fiabilă strategie de verificare a noilor medicamente, dar este costisitoare, consumă mult timp și - pentru unii - extrem de controversată.
Există, de asemenea, potențialul ratării unor efecte secundare din cauza diferențelor dintre animale și oameni. Studiile medicamentoase sunt deosebit de problematice din acest motiv și este clar că sunt necesare noi metode de testare pentru a permite dezvoltarea de medicamente mai bune și mai sigure.
Oameni și alte animale
O varietate de specii de animale - inclusiv șobolani, șoareci, iepuri, cobai, câini și porci - sunt utilizate în fiecare an în dezvoltarea de medicamente pentru a prezice posibile efecte secundare pentru inima la om.
Dar, în timp ce biologia de bază este similară, mici diferențe între celulele animale și celulele umane sunt amplificate atunci când un pacient ia un medicament. Cercetările înseamnă că prezicerea riscului pentru pacienți este limitată la o rată de precizie de aproximativ (75 până la 85 la sută), arată cercetările și, de asemenea, duce la retrageri de medicamente de pe piață din cauza problemelor de siguranță cardiovasculară.
Cu toate acestea, acum este posibil să testăm un nou medicament pentru inimă într-un „om virtual”. Cercetările noastre recente din Departamentul de Informatică al Universității din Oxford demonstrează că modelele de calcul care reprezintă celulele inimii umane prezintă o precizie mai mare (89-96 la sută) decât modelele animale. în prezicerea unui efect advers de droguri, cum ar fi aritmii periculoase - în care bătăile inimii devin neregulate și se pot opri.
Acesta arată că modelele de calcul uman ar aduce avantaje suplimentare prin reducerea utilizării experimentelor pe animale în primele etape ale testării medicamentelor; îmbunătățirea siguranței medicamentelor, scăzând astfel riscul pentru pacienți în timpul studiilor clinice; și accelerarea dezvoltării medicamentelor pentru pacienții care au nevoie urgentă de asistență medicală.
Modele computerizate ale inimii
Biologul britanic Denis Noble a început să experimenteze mai întâi cu modele computerizate ale inimii în Oxford în 1960. De atunci, tehnologia a evoluat și este gata să fie integrată în mediile industriale și clinice.
Datorită datelor experimentale umane, modelele de computer umane sunt acum disponibile la diferite scări, de la celule unice la inimi întregi și pot fi folosite pentru a explora comportamentul inimii umane în condiții sănătoase sau bolnave și în acțiunea medicamentului.
În loc de o metodă unică, se potrivesc tuturor, există și noi abordări bazate pe populație. Toată lumea este diferită, iar unele medicamente pot avea efecte secundare dăunătoare doar pentru anumite părți ale populației, cum ar fi persoanele cu o mutație genetică specifică sau o boală.
Studiul realizat de echipa Calculational Cardiovascular Science a demonstrat că modelele umane de computer ale celulelor inimii sunt mai precise decât experimentele pe animale la prezicerea efectelor secundare induse de medicamente pentru inimă la om. Această cercetare a câștigat un premiu internațional datorită potențialului său de a înlocui testarea pe animale în laboratoare.
Am încorporat tehnologia în software, numit Virtual Assay, care este ușor de utilizat de către non-experți în modelare și simulări.
Software-ul oferă o interfață de utilizator simplă pentru Microsoft Windows în care poate fi construită o populație de control a celulelor cardiace sănătoase cu proprietăți specifice, bazate pe date umane. Acesta poate fi apoi folosit pentru a rula computer-simulated - cunoscut ca în silico - teste de droguri, înainte de a analiza rezultatele. Întregul proces este foarte rapid: este nevoie de mai puțin de cinci minute folosind un laptop modern pentru a testa un medicament într-o populație de 100 de modele de celule cardiace umane.
Mai multe companii farmaceutice utilizează și evaluează deja Virtual Assay, care este disponibil cu o licență academică gratuită și poate fi utilizat de către clinicieni și companii farmaceutice.
Această cercetare face parte dintr-o mișcare mai largă către integrarea modelelor computerizate pentru testarea siguranței medicamentelor, care include inițiativa Comprohensive in vitro Proarrhythmia Assay, promovată de Food and Drug Administration din SUA și alte organizații.
Împingând limitele informaticii
În timp ce simulările celulelor inimii pot rula în câteva minute, modelele de computer 3D ale întregii inimii necesită încă o cantitate imensă de putere de calcul. O singură bătăi de inimă, de exemplu, poate dura aproximativ trei ore într-un supercomputer cu aproape 1.000 de procesoare.
Acum lucrăm la simulări 3D ale inimii pentru a explora siguranța și eficacitatea cardiacă a medicamentelor la o scară mai mare. Acesta include o explorare a afecțiunilor bolnave, cum ar fi ischemia acută - unde fluxul de sânge într-una din arterele din jurul inimii este obstruat. Această cercetare face parte și din proiectul european CompBioMed de construire a modelelor de calculator pentru întregul corp uman: un om virtual.
Reunind mediul academic, industria farmaceutică și agențiile de reglementare sperăm să accelerăm absorbția bazată pe om în metodologiile silico pentru evaluarea siguranței și eficacității cardiace a medicamentelor.
Simulările computerizate sunt o alternativă mai rapidă, mai ieftină și eficientă la experimentele pe animale - și în curând vor juca un rol important în etapele incipiente ale dezvoltării medicamentelor.
Acest articol a fost publicat inițial pe The Conversation.
Elisa Passini, Senior Research Associate, Universitatea din Oxford
Blanca Rodriguez, Wellcome Trust Senior Research Fellow în Științe Biomedicale de bază, profesor de Medicină Computațională, investigator principal în cadrul BHF CRE, Universitatea din Oxford
Patricia Benito, Universitatea din Oxford
