El modelo de ordenador se podía utilizar para evaluar rápidamente las nuevas drogas para la anemia de células falciformes

Las personas de los investigadores de Brown University han desarrollado un nuevo modelo de ordenador que simula la manera que los glóbulos rojos hacen deformes por la anemia de células falciformes. El modelo, descrito en un papel publicado en ciencia avance, podría ser útil en la evaluación preclínica de las drogas dirigidas previniendo el proceso sickling.

Hay actualmente solamente dos drogas aprobadas por el FDA para tratar la anemia de células falciformes, y no trabajan para todo el mundo. Quisimos construir un modelo que considera el proceso sickling entero y se podría utilizar a rápidamente y económicamente los nuevos candidatos de la droga de la pre-pantalla.”

Estudiante del Lu Lu, del Ph.D. en la división de matemáticas aplicadas en Brown y el autor del co-guía del estudio

La anemia de células falciformes es un desorden genético que afecta a millones de gente por todo el mundo. El desorden hace a los glóbulos rojos, que son normalmente suaves y redondos, convertirse en stiff, pegajosos y en forma de hoz (un poco como una luna creciente). Las células de forma irregular consiguen adheridas en los vasos sanguíneos, causando dolor, la hinchazón, recorridos y otras complicaciones.

En el nivel celular, la anemia de células falciformes afecta a la hemoglobina, una proteína en los glóbulos rojos responsables de transportar el oxígeno. Cuando oxígeno-está privada, la hemoglobina de la célula falciforme agrupa junta dentro de la célula. Los grupos entonces forman las fibras largas del polímero que activan contra la pared celular, atiesando las células y forzándolas fuera de forma.

George Karniadakis, profesor de las matemáticas aplicadas en Brown y autor mayor de la nueva investigación, ha trabajado por años para entender mejor el desorden. Recientemente, él ha trabajado con el Lu y él Li, profesor de la investigación en Brown, para crear modelos biofísicos detallados de cada escenario del proceso sickling, incluyendo un modelo de la función roja del glóbulo llamada OpenRBC y un modelo del superordenador de la formación de la fibra de la célula falciforme.

Este modelo nuevo combina y simplifica los modelos anteriores para crear un único modelo cinético del proceso sickling entero. Usando la información espigada de los modelos detallados del superordenador, los investigadores podían construir una versión simplificada que captura toda la dinámica importante del proceso sickling, con todo pueden ser ejecutados en una computadora portátil.

Para validar el modelo, los investigadores mostraron que podría reproducir los resultados de experimentos anteriores en el laboratorio y en gente.

Porque la dinámica del proceso sickling puede variar dependiendo de donde en la carrocería está suceso, los investigadores diseñaron el modelo para simular proceso sickling en diversos órganos. Por ejemplo, porque el oxígeno desempeña un papel dominante en el proceso, sickling revela muy diferentemente en áreas oxígeno-ricas como los pulmones comparados a áreas oxígeno-más pobres como los riñones. El modelo permite que los utilizadores entren los parámetros específicos al órgano que están esperando simular. Que la misma adaptabilidad también habilita modelar para ser funcionado con para los pacientes individuales que pueden tener más o versiones menos severas del desorden.

Para probar la eficacia potencial de drogas, el modelo permite que los utilizadores entren la manera de la acción por la cual una droga se supone para trabajar, información se recolecta a menudo durante estudios de laboratorio preliminares. Por ejemplo, si una droga se diseña para reforzar la cantidad de hemoglobina sana en glóbulos rojos, esa información se puede utilizar por el modelo para generar el efecto sobre una población grande de glóbulos rojos paciente-específicos o órgano-específicos.

“Una droga se puede diseñar a veces para trabajar en un parámetro, pero termina hacia arriba tener diversos efectos sobre otros parámetros,” Karniadakis dijo. “El modelo puede informar si esos efectos son sinérgicos o si pueden negarse. Tan el modelo puede darnos una idea del efecto total de la droga.”

Los investigadores están esperanzados el modelo podrían ser útiles en determinar a candidatos prometedores de la droga.

Las “juicios clínicas de la droga son muy costosas y la gran mayoría de ellas es fracasada,” Karniadakis dijo. “La esperanza aquí es que podemos hacer in silico juicios para revisar medicaciones potenciales antes de proceder a una juicio clínica.”

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.