Sigurnost je prije nego što se novi lijekovi daju pacijentima - zbog čega se lijekovi svake godine testiraju na milijunima životinja kako bi se otkrili mogući rizici i nuspojave. No, istraživanje pokazuje da računalne simulacije srca mogu poboljšati razvoj lijekova za pacijente i smanjiti potrebu za ispitivanjem na životinjama.
Testiranje na životinjama do danas je bila najtačnija i najpouzdanija strategija za provjeru novih lijekova, ali skupo je, dugotrajno i - za neke - vrlo kontroverzno.
Postoji i mogućnost propusta nekih nuspojava zbog razlika između životinja i ljudi. Ispitivanja lijekova su posebno problematična iz tog razloga i jasno je da su potrebne nove metode ispitivanja kako bi se omogućio razvoj boljih i sigurnijih lijekova.
Ljudi i druge životinje
Svake se godine u razvoju lijekova koriste razne vrste životinja - uključujući štakore, miševe, zečeve, zamorce, pse i svinje kako bi se predvidjeli moguće nuspojave za srce kod ljudi.
No, iako je osnovna biologija slična, male razlike između životinjskih i ljudskih stanica pojačavaju se kad pacijent uzima drogu. To znači da je predviđanje rizika za pacijente ograničeno na stopu točnosti od oko (75 do 85 posto), pokazuju istraživanja, a dovodi i do povlačenja lijekova s tržišta zbog kardiovaskularne sigurnosti.
Međutim, sada je moguće testirati novi srčani lijek na „virtualnom čovjeku.“ Naše nedavno istraživanje na Odjelu za računarske znanosti Sveučilišta u Oxfordu pokazuje da računski modeli koji predstavljaju ljudske srčane stanice pokazuju veću točnost (89-96 posto) od životinjskih modela u predviđanju štetnog učinka lijeka, poput opasnih aritmija - gdje otkucaji srca postaju nepravilni i mogu prestati.
Pokazuje da bi računski modeli ljudi donijeli dodatne prednosti smanjenjem upotrebe pokusa na životinjama u ranim fazama ispitivanja lijekova; poboljšati sigurnost lijekova, čime se smanjuje rizik za pacijente tijekom kliničkih ispitivanja; i ubrzati razvoj lijekova za pacijente kojima je hitno potrebna zdravstvena zaštita.
Računalni modeli srca
Britanski biolog Denis Noble prvi je počeo eksperimentirati s računalnim modelima srca u Oxfordu 1960. godine. Od tada se tehnologija razvija i spremna je integrirati u industrijske i kliničke uvjete.
Zahvaljujući eksperimentalnim podacima na ljudima, modeli ljudskih računala danas su dostupni na različitim mjerilima, od pojedinih stanica do cijelog srca, a mogu se koristiti za istraživanje ponašanja ljudskog srca u zdravim ili bolesnim uvjetima i pod djelovanjem lijekova.
Umjesto metode koja odgovara jednom modelu, postoje i novi pristupi koji se temelje na populaciji. Svi su različiti, a neki lijekovi mogu imati štetne nuspojave samo za određene dijelove populacije, poput ljudi sa specifičnom genetskom mutacijom ili bolešću.
Studija tima za računalnu kardiovaskularnu znanost pokazala je da su ljudski kompjuterski modeli srčanih stanica precizniji od pokusa na životinjama pri predviđanju nuspojava izazvanih lijekom na srce kod ljudi. Ovo je istraživanje osvojilo međunarodnu nagradu zbog svog potencijala koji će zamijeniti ispitivanja na životinjama u laboratorijima.
Integrirali smo tehnologiju u softver, nazvan Virtual Assay, koji je za nestručne stručnjake jednostavno koristiti u modeliranju i simulacijama.
Softver nudi jednostavno korisničko sučelje za Microsoft Windows u kojem se može izgraditi kontrolna populacija zdravih srčanih stanica sa specifičnim svojstvima koja se temelje na ljudskim podacima. Zatim se može koristiti za pokretanje računalno simuliranog - poznatog kao u pokusima sa silikonskim lijekovima, prije analize rezultata. Čitav je postupak vrlo brz: potrebno je manje od pet minuta pomoću modernog prijenosnog računala za testiranje jednog lijeka na populaciji od 100 modela ljudskih srčanih stanica.
Nekoliko farmaceutskih tvrtki već koristi i ocjenjuje Virtualni test koji je dostupan s besplatnom akademskom licencom i mogu ga koristiti kliničari i farmaceutske tvrtke.
Ovo je istraživanje dio šireg koraka prema integraciji računalnih modela za testiranje sigurnosti lijekova, koji uključuje sveobuhvatnu in vitro analizu proaritmije, koju je promovirala američka Uprava za hranu i lijekove i druge organizacije.
Guranje granica informatike
Iako se simulacije srčanih stanica mogu pokrenuti za nekoliko minuta, 3D računalni modeli cijelog srca i dalje zahtijevaju ogromnu računsku snagu. Primjerice, jedan otkucaji srca mogu potrajati oko tri sata u superračunalu s gotovo 1000 procesora.
Sada radimo na 3D simulacijama srca kako bismo istražili sigurnost i djelotvornost srca na drogama u većem opsegu. To uključuje istraživanje bolesnih stanja, poput akutne ishemije - gdje je ometen protok krvi u jednoj od arterija oko srca. Ovo je istraživanje također dio europskog CompBioMed projekta izgradnje računalnih modela za cijelo ljudsko tijelo: virtualnog čovjeka.
Okupljajući akademija, farmaceutsku industriju i regulatorne agencije nadamo se da ćemo ubrzati unošenje silikonskih metodologija utemeljenih na ljudima za procjenu sigurnosti i učinkovitosti srčanih lijekova.
Računalne simulacije su brža, jeftinija i učinkovitija alternativa eksperimentima na životinjama - i oni će uskoro imati važnu ulogu u ranim fazama razvoja lijekova.
Ovaj je članak prvotno objavljen u časopisu The Conversation.
Elisa Passini, viša znanstvena suradnica, Sveučilište u Oxfordu
Blanca Rodriguez, viša znanstvena novakinja za osnovne biomedicinske znanosti, profesorica računske medicine, glavna istraživačica u BHF CRE, Sveučilište u Oxfordu
Patricia Benito, Sveučilište u Oxfordu
