בטיחות היא הכרחית לפני שניתן תרופות חדשות לחולים - וזו הסיבה שנבדקות תרופות על מיליוני בעלי חיים ברחבי העולם מדי שנה כדי לאתר סיכונים ותופעות לוואי. אולם מחקרים מראים שלדמיות מחשב של הלב יש פוטנציאל לשפר את התפתחות התרופות עבור מטופלים ולהפחית את הצורך בבדיקת בעלי חיים.
בדיקות בבעלי חיים היו עד כה האסטרטגיה המדויקת והאמינה ביותר לבדיקת תרופות חדשות, אך היא יקרה, גוזלת זמן - וגם עבור חלקם - שנויה מאוד במחלוקת.
יש גם פוטנציאל לפספס תופעות לוואי בגלל ההבדלים בין בעלי חיים לבני אדם. ניסויים בסמים הם בעייתיים במיוחד מסיבה זו וברור שיש צורך בשיטות בדיקה חדשות כדי לאפשר פיתוח תרופות טובות ובטוחות יותר.
בני אדם ובעלי חיים אחרים
מגוון מינים של בעלי חיים - כולל חולדות, עכברים, ארנבים, שרקנים, כלבים וחזירים - משמשים מדי שנה בהתפתחות תרופתית כדי לחזות את תופעות הלוואי האפשריות של הלב אצל בני אדם.
אך בעוד שהביולוגיה הבסיסית דומה, ההבדלים הקטנים בין תאים מן החי לאדם מתעצמים כאשר המטופל נוטל תרופה. פירוש הדבר שחיזוי הסיכון לחולים מוגבל לשיעור דיוק של כ (75 עד 85 אחוז), כך עולה ממחקר, וזה גם מביא לנסיגת תרופות מהשוק בגלל בעיות בטיחות לב וכלי דם.
עם זאת, ניתן כעת לבדוק תרופת לב חדשה ב"אדם וירטואלי ". המחקר האחרון שנערך במחלקה למדעי המחשב באוניברסיטת אוקספורד מראה כי מודלים חישוביים המייצגים תאי לב אנושיים מראים דיוק גבוה יותר (89-96 אחוזים) בהשוואה למודלים של בעלי חיים. בניבוי השפעה שלילית של תרופות, כגון הפרעות קצב מסוכנות - כאשר פעימות הלב הופכות לא סדירות ויכולות להפסיק.
זה מראה שמודלים חישוביים אנושיים יביאו יתרונות נוספים על ידי צמצום השימוש בניסויים בבעלי חיים בשלבים מוקדמים של בדיקת תרופות; שיפור הבטיחות התרופתית ובכך מוריד את הסיכון לחולים במהלך ניסויים קליניים; ולהאיץ את פיתוח התרופות לחולים הזקוקים דחוף לבריאות.
דגמי מחשב של הלב
הביולוג הבריטי דניס נובל החל להתנסות במודלים ממוחשבים של הלב באוקספורד בשנת 1960. מאז התפתחה הטכנולוגיה והיא מוכנה להשתלב במסגרות תעשייתיות וקליניות.
בזכות נתונים ניסויים אנושיים, מודלים ממוחשבים אנושיים זמינים כעת בסקאלה שונה, מתאים בודדים ועד לבבות שלמים, וניתן להשתמש בהם כדי לחקור את התנהגות הלב האנושי בתנאים בריאים או חולים, ותחת פעולה תרופתית.
במקום שיטה אחת שמתאימה לכל אחד, יש גם גישות חדשות מבוססות אוכלוסייה. כולם שונים, ותרופות מסוימות עלולות לגרום לתופעות לוואי מזיקות רק עבור חלקים מסוימים באוכלוסייה, כגון אנשים עם מוטציה או מחלה גנטית ספציפית.
המחקר שנערך על ידי צוות מדעי לב וכלי דם חישוביים הדגים כי מודלים ממוחשבים אנושיים של תאי לב מדויקים יותר מניסויים בבעלי חיים בניבוי תופעות הלוואי הנגרמות על ידי תרופות ללב אצל בני אדם. מחקר זה זכה בפרס בינלאומי בגלל פוטנציאלו להחליף בדיקות בעלי חיים במעבדות.
שילבנו את הטכנולוגיה בתוכנה, המכונה Virtual Assay, שקל לאנשים שאינם מומחים להשתמש בהם במודלים והדמיות.
התוכנה מציעה ממשק משתמש פשוט עבור Microsoft Windows בו ניתן לבנות אוכלוסיית בקרה של תאי לב בריאים עם תכונות ספציפיות, המבוססים על נתונים אנושיים. לאחר מכן ניתן להשתמש בה כדי להריץ סימולציות מחשב - המכונה סיליקו - ניסויים בסמים, לפני ניתוח התוצאות. התהליך כולו מהיר מאוד: לוקח חמש דקות באמצעות מחשב נייד מודרני לבדיקת תרופה אחת באוכלוסייה של 100 דגמי תאי לב אנושיים.
מספר חברות תרופות כבר משתמשות ומעריכות Assay Virtual, הזמין עם רישיון אקדמי בחינם ויכול לשמש קלינאים וחברות תרופות.
מחקר זה הנו חלק ממהלך רחב יותר לשילוב של מודלים ממוחשבים לבדיקת בטיחות תרופות הכולל את היוזמה המקיף במבחנה Proarrhythmia Assay, שקודם על ידי מנהל המזון והתרופות האמריקני וארגונים אחרים.
דוחף גבולות למדעי המחשב
בעוד שהדמיות של תאי לב יכולות להתרחש תוך מספר דקות, דגמי מחשב תלת ממדיים של כל הלב עדיין דורשים כמות אדירה של כוח חישובי. פעימת לב אחת, למשל, יכולה לארוך כשלוש שעות במחשב-על עם כמעט 1, 000 מעבדים.
אנו עובדים כעת על הדמיות תלת מימדיות של הלב לבחינת הבטיחות והיעילות של הלב התרופתי בקנה מידה גדול יותר. זה כולל בדיקה של מצבים חולים, כמו איסכמיה חריפה - שם זורם זרימת הדם באחד העורקים סביב הלב. מחקר זה הוא גם חלק מפרויקט CompBioMed האירופי לבניית מודלים ממוחשבים עבור כל גוף האדם: אדם וירטואלי.
על ידי מפגש בין האקדמיה, תעשיית התרופות וסוכנויות הרגולציה, אנו מקווים להאיץ את השימוש במתודולוגיות מבוססות-סיליקון להערכת הבטיחות והיעילות של תרופות לב.
הדמיות ממוחשבות הן אלטרנטיבה מהירה יותר, זולה ויעילה יותר לניסויים בבעלי חיים - והם בקרוב ימלאו תפקיד חשוב בשלבים המוקדמים של פיתוח תרופות.
מאמר זה פורסם במקור ב- The Conversation.
אליסה פאסיני, חברת מחקר בכירה מאוניברסיטת אוקספורד
בלנקה רודריגז, עמית מחקר בכיר במחקר ברמת הרפואה החישובית, פרופסור לרפואה חישובית, חוקרת ראשית ב- BHF CRE, אוניברסיטת אוקספורד.
פטרישיה בניטו, אוניברסיטת אוקספורד
