Il modello elaborato dal calcolatore ha potuto essere usato per valutare rapidamente le nuove droghe per l'anemia drepanocitica

Un gruppo dei ricercatori di Brown University ha sviluppato un nuovo modello elaborato dal calcolatore che simula il modo che i globuli rossi diventano deformi dall'anemia drepanocitica. Il modello, descritto in un documento pubblicato nella scienza avanza, potrebbe essere utile nella valutazione preclinica delle droghe puntate su impedendo il trattamento sickling.

Ci sono corrente soltanto due droghe approvate da FDA per il trattamento dell'anemia drepanocitica e non funzionano per ognuno. Abbiamo voluto sviluppare un modello che considera l'intero trattamento sickling e potrebbe essere usato a rapidamente ed a buon mercato nuovi candidati della droga dello pre-schermo.„

Studente di Ph.D., della LU-LU nella divisione di matematica applicata a Brown e l'autore del co-cavo dello studio

L'anemia drepanocitica è una malattia genetica che pregiudica milioni di persone universalmente. Il disordine induce i globuli rossi, che sono normalmente molli e rotondi, a stare bene allo stiff, appiccicoso e a forma di falce (un po'come una luna crescente). Le celle di forma irregolari rimangono incastrate in vasi sanguigni, causanti il dolore, il gonfiamento, i colpi ed altre complicazioni.

Al livello cellulare, l'anemia drepanocitica pregiudica l'emoglobina, una proteina in globuli rossi responsabili del trasporto dell'ossigeno. Una volta ossigeno-sfavorita, l'emoglobina della cellula falciforme si agglutina insieme dentro la cella. I mucchi poi formano le fibre lunghe del polimero che spingono contro la parete cellulare, irrigidente le celle e forzante li non in forma.

George Karniadakis, un professore di matematica applicata all'autore marrone e senior di nuova ricerca, ha lavorato per anni per capire meglio il disordine. Recentemente, ha lavorato con LU e lui Li, un professore della ricerca a Brown, per creare i modelli biofisici dettagliati di ogni fase del trattamento sickling, compreso un modello del globulo rosso OpenRBC chiamato funzione e un modello del supercomputer di formazione della fibra della cellula falciforme.

Questo nuovo modello combina e semplifica i modelli precedenti per creare un singolo modello cinetico di intero trattamento sickling. Facendo uso di informazioni derivate dai modelli dettagliati del supercomputer, i ricercatori potevano sviluppare una versione semplificata che cattura tutta la dinamica importante del trattamento sickling, eppure possono essere fatti funzionare su un computer portatile.

Per convalidare il modello, i ricercatori hanno indicato che potrebbe riprodurre i risultati degli esperimenti priori in laboratorio e nella gente.

Poiché la dinamica del trattamento sickling può variare secondo dove nell'organismo sta accadendo, i ricercatori hanno progettato il modello per simulare il trattamento sickling negli organi differenti. Per esempio, perché l'ossigeno svolge un ruolo chiave nel trattamento, sickling spiega molto diversamente delle nelle aree ricche d'ossigeno come i polmoni confrontati di più alle aree del ossigeno-povero come i reni. Il modello permette che gli utenti introducano i parametri specifici all'organo stanno sperando di simulare. Che la stessa flessibilità egualmente permette a di modellare per essere fatto funzionare per che i diversi pazienti che possono avere il più o versioni meno severe del disordine.

Per verificare l'efficacia potenziale delle droghe, il modello permette che gli utenti introducano il modo di atto da cui una droga è presunta per lavorare, informazioni spesso è riunito durante le ricerche di laboratorio preliminari. Per esempio, se una droga è destinata per amplificare la quantità di emoglobina sana in globuli rossi, quelle informazioni possono essere usate dal modello per generare l'effetto su una grande popolazione dei globuli rossi paziente-specifici o organo-specifici.

“A volte una droga può essere destinata per lavorare ad un parametro, ma finisce avendo effetti differenti su altri parametri,„ Karniadakis ha detto. “Il modello può dire se quegli effetti sono sinergici o se possono realizzarsi una inversione. Così il modello può darci un'idea dell'effetto globale della droga.„

I ricercatori sono promettenti il modello potrebbero essere utili nell'identificazione dei candidati di promessa della droga.

“I test farmaceutici clinici sono molto costosi e la vasta maggioranza di loro è infruttuosa,„ Karniadakis ha detto. “La speranza qui è che possiamo fare in silico le prove per schermare i farmaci potenziali prima della prosecuzione ad un test clinico.„

Source:
Journal reference:

Lu, L. et al. (2019) Quantitative prediction of erythrocyte sickling for the development of advanced sickle cell therapies. Science Advances. doi.org/10.1126/sciadv.aax3905.