Безбедност је неопходна пре него што се нови лекови дају пацијентима - због чега се лекови сваке године тестирају на милионима животиња како би се открили могући ризици и нежељени ефекти. Али истраживање показује да компјутерске симулације срца имају потенцијал да побољшају развој лекова за пацијенте и смање потребу за тестирањем на животињама.
Тестирање на животињама до данас је била најтачнија и најпоузданија стратегија за проверу нових лекова, али је скупо, дуготрајно и - за неке - врло контроверзно.
Постоји такође могућност да се неке нуспојаве пропусте због разлика између животиња и људи. Испитивања лекова су посебно проблематична из тог разлога и јасно је да су потребне нове методе испитивања како би се омогућио развој бољих и сигурнијих лекова.
Људи и друге животиње
Сваке године се у развоју лекова користе разне врсте животиња - укључујући штакоре, мишеве, зечеве, заморце, псе и свиње да би се предвидиле могуће нежељене последице за срце код људи.
Али док је основна биологија слична, мале разлике између животињских и људских ћелија појачавају се када пацијент узима лек. То значи да је предвиђање ризика за пацијенте ограничено на стопу тачности од око (75 до 85 процената), показују истраживања, а такође доводи до повлачења лекова с тржишта због проблема са кардиоваскуларном сигурношћу.
Међутим, сада је могуће тестирати нови срчани лек на „виртуелном човеку.“ Наше недавно истраживање на одсеку за рачунарске науке Универзитета у Окфорду показује да рачунски модели који представљају људске ћелије срца показују већу тачност (89–96 процената) од животињских модела у предвиђању штетног дејства лека, попут опасних аритмија - где откуцаји срца постају неправилни и могу престати.
Показује да би рачунски модели људи донели додатне предности смањењем употребе покуса на животињама у раним фазама тестирања на лекове; побољшање сигурности лекова, чиме се смањује ризик за пацијенте током клиничких испитивања; и убрзавање развоја лекова за пацијенте којима је хитно потребна здравствена заштита.
Компјутерски модели срца
Британски биолог Денис Нобле први је започео експериментисање са рачунарским моделима срца у Окфорду 1960. године. Од тада се технологија развија и спремна је да се интегрише у индустријске и клиничке размере.
Захваљујући експерименталним подацима о човеку, модели рачунара човека сада су доступни у различитим размерама, од појединих ћелија до целих срца, и могу се користити за истраживање понашања људског срца у здравим или болесним условима и под деловањем лекова.
Уместо методе једног модела, која одговара свима, постоје и нови приступи засновани на популацији. Сви су различити, а неки лекови могу имати штетне нежељене ефекте само за одређене делове популације, попут људи са специфичном генетском мутацијом или болешћу.
Студија тима Рачунарске кардиоваскуларне науке показала је да су рачунарски модели срчаних ћелија код људи рачунари тачнији од експеримената на животињама при предвиђању нуспојава изазваних леком на срце код људи. Ово је истраживање освојило међународну награду због свог потенцијала да замијени тестирања на животињама у лабораторијама.
Интегрирали смо технологију у софтвер, назван Виртуал Ассаи, који је за нестручне стручњаке лако користити у моделирању и симулацијама.
Софтвер нуди једноставно корисничко сучеље за Мицрософт Виндовс у коме се може изградити контролна популација здравих срчаних ћелија са специфичним својствима, заснованим на људским подацима. Затим се може користити за покретање рачунарског симулирања - познатог као у испитивањима за силиконске лекове, пре анализе резултата. Цео процес је врло брз: потребно је мање од пет минута помоћу модерног лаптопа за тестирање једног лека у популацији од 100 модела људских ћелија.
Неколико фармацеутских компанија већ користи и оцењује Виртуални тест који је доступан са бесплатном академском лиценцом и могу га користити клиничари и фармацеутске компаније.
Ово истраживање је део ширег корака ка интеграцији рачунарских модела за тестирање на безбедност лекова, који укључује свеобухватну ин витро анализу проаритмије, коју промовише америчка Управа за храну и лекове и друге организације.
Помицање граница информатике
Иако се симулације срчаних ћелија могу покренути за неколико минута, 3Д рачунарски модели целог срца и даље захтевају огромну рачунску снагу. Један откуцај срца, на пример, може трајати око три сата у супер-рачунару са скоро 1.000 процесора.
Сада радимо на 3Д симулацијама срца како бисмо истражили сигурност и ефикасност кардиолошких лекова у већем обиму. То укључује истраживање болесних стања, као што је акутна исхемија - где је проток крви у једној од артерија око срца ометан. Ово истраживање је такође део европског ЦомпБиоМед пројекта изградње рачунарских модела за цело људско тело: виртуелног човека.
Окупљањем академских кругова, фармацеутске индустрије и регулаторних агенција надамо се да ћемо убрзати уношење силиконских методологија заснованих на људима за процену сигурности и ефикасности срчаних лекова.
Компјутерске симулације су бржа, јефтинија и ефикаснија алтернатива експериментима на животињама - и оне ће ускоро имати важну улогу у раним фазама развоја лекова.
Овај чланак је првобитно објављен у часопису Тхе Цонверсатион.
Елиса Пассини, виша научна сарадница на Универзитету Окфорд
Бланца Родригуез, виши научни сарадник за основне биомедицинске науке, професор рачунарске медицине, главни истраживач у БХФ ЦРЕ, Универзитет у Окфорду
Патрициа Бенито, универзитет у Окфорду
