Gesundheit

Computer-Modell könnte helfen, testen neue Sichel-Zelle Drogen

Ein team von Brown University-Forscher hat ein neues computer-Modell simuliert, dass die Art und Weise roten Blutkörperchen verformen sich durch die Sichel-Zelle Krankheit. Das Modell, beschrieben in einem Papier veröffentlicht in der Wissenschaft Fortschritte, die nützlich sein könnten in der präklinischen evaluation von Medikamenten, die verhindern sollen, dass die sickling Prozess.

„Derzeit gibt es nur zwei Medikamente von der FDA zugelassen zur Behandlung von Sichelzellanämie und Sie arbeiten nicht für jeder,“ sagte Lu-Lu, ein Ph. D.-student in der Abteilung für Angewandte Mathematik an der Brown und der Studie co-lead Autor. „Wir wollten ein Modell zu bauen, dass die Auffassung, die gesamte sickling Prozess und könnte verwendet werden, um schnell und kostengünstig vor dem Bildschirm, dass neue Arzneimittel.“

Sichelzellanämie ist eine genetische Erkrankung, wirkt sich auf Millionen von Menschen weltweit. Die Störung bewirkt, dass rote Blutkörperchen, die normalerweise weich und rund, zu steif, klebrig und sichelförmig (ein bisschen wie ein Halbmond). Die unregelmäßig geformten Zellen stecken in Blutgefäßen, was zu Schmerzen, Schwellungen, Schlaganfall und anderen Komplikationen.

Auf der zellulären Ebene, Sichel-Zelle Krankheit wirkt sich auf Hämoglobin, ein protein in den roten Blutkörperchen verantwortlich für den Transport von Sauerstoff. Wenn das mit Sauerstoff entzogen, Sichel Zelle Hämoglobin Klumpen zusammen in der Zelle. Die Klumpen bilden dann lange, polymer-Fasern, die drücken gegen die Zellwand, Versteifung der Zellen und Sie zu zwingen aus der Form.

George Karniadakis, ein professor für angewandte Mathematik an der Brown und senior-Autor der neuen Forschung gearbeitet hat, ist seit Jahren um ein besseres Verständnis der Erkrankung. Zuletzt arbeitete er mit Lu und Er Li, ein Forschungs-professor an der Brown, erstellen detaillierte biophysikalische Modelle der einzelnen Phasen des sickling Prozess, einschließlich ein Modell der roten Blutkörperchen, die Funktion, die aufgerufen wird OpenRBC und supercomputer-Modell der Sichel-Zelle-Faser-formation.

Dieses neue Modell kombiniert und vereinfacht die bisherigen Modelle zum erstellen einer einzelnen kinetischen Modell der gesamten sickling Prozess. Mithilfe der gewonnenen Informationen aus der detaillierten supercomputer Modelle, die Forscher waren in der Lage, eine vereinfachte version bauen und erfasst alle wichtigen Dynamik des sickling Prozess, doch kann man auf einem laptop laufen.

Zur Validierung des Modells zeigten die Forscher, dass es reproduzieren konnte die Ergebnisse der vorherigen Experimente im Labor und im Menschen.

Da die Dynamik des sickling Prozess kann variieren, je nachdem, wo im Körper es passiert, die Forscher entwickelt das Modell zu simulieren sickling Prozess in verschiedenen Organen. Zum Beispiel, weil Sauerstoff spielt eine wichtige Rolle in dem Prozess, sickling entfaltet sich sehr unterschiedlich in sauerstoffreichen Bereichen wie der Lunge im Vergleich zu Sauerstoff-Armen Bereichen wie den Nieren. Das Modell ermöglicht Benutzern die Eingabe von spezifischen Parameter für die Orgel sind Sie in der Hoffnung zu simulieren. Die gleiche Flexibilität ermöglicht auch Modell zu laufen, um die einzelnen Patienten, die möglicherweise mehr oder weniger schwere Versionen der Störung.

Testen Sie die mögliche Wirksamkeit von Medikamenten, die das Modell ermöglicht Benutzern die Eingabe des Modus der Handlung, durch die ein Medikament wird angenommen, um zu arbeiten, ist oft versammelten sich während der vorläufigen Labor-Studien. Zum Beispiel, wenn ein Medikament zur Steigerung der Menge an gesunde Hämoglobin in den roten Blutkörperchen, können diese Informationen verwendet werden, die durch das Modell zu generieren, die Wirkung auf eine große population von Patienten-spezifischen oder organ-spezifische rote Blutkörperchen.

„Manchmal ist ein Medikament entwickelt, um auf einen parameter, endet aber mit einer unterschiedlichen Auswirkungen auf die anderen Parameter werden“, sagte Karniadakis. „Das Modell sagen kann, wenn diese Effekte sind synergistisch, oder ob Sie möglicherweise negieren sich gegenseitig. So kann das Modell geben uns eine Vorstellung von der Gesamtwirkung der Droge.“

Die Forscher sind zuversichtlich, das Modell könnte nützlich sein bei der Identifizierung von vielversprechenden Wirkstoff-Kandidaten.

„Klinische arzneimittelstudien sind sehr teuer, und die überwiegende Mehrheit von Ihnen sind nicht erfolgreich“, sagte Karniadakis. „Die Hoffnung ist hier, dass wir tun können, in-silico-Studien Bildschirm potenzielle Medikamente, bevor Sie fortfahren, um eine klinische Studie.“

Andere co-Autoren auf dem Papier waren, Zhen Li, Li Xuejin und Peter Vekilov. Die Forschung wurde unterstützt durch das Nationale Herz, der Lungenflügel und das Blut-Institut (U01HL114476).