Виртуальный ты. Как создание цифровых близнецов изменит будущее человечества

Этот подход использовался при исследовании рака молочной железы, который связан с высоким уровнем гормона эстрогена. В позднем исследовании команда Питера обнаружила новые варианты гена и рецептора эстрогена у группы из 50 катарских женщин, больных раком молочной железы. Они смогли предположить, какие существующие лекарства от рака подойдут этим пациенткам, а какие нет[323]. Такой подход предвещает развитие медицины, которая адаптирована для конкретного пациента и дает ответы достаточно быстро, чтобы изменить ситуацию[324].

Тестирование лекарств на виртуальном сердце

Благодаря работе Дениса Нобла над виртуальной сердечной клеткой в виртуальных испытаниях были достигнуты значительные успехи, гарантирующие безопасность потенциального нового лекарства для сердца. Лицензионные органы теперь настаивают на тестировании на одну конкретную форму «кардиотоксичности», проверяя на электрокардиограмме среднее время между зубцами Q и T, отражающее, сколько времени требуется сердечной мышце для перезарядки между ударами. Раннее предупреждение о возможных проблемах с сердцем имеет решающее значение для разработки лекарств: около 40 % лекарств, снятых с рынка в период с 2001 по 2010 г., имели проблемы с сердечно-сосудистой безопасностью. Проблема в том, что некоторые безобидные вещества, такие как грейпфрутовый сок и антибиотик моксифлоксацин, удлиняют интервал QT. Так как же нам выяснить, какие лекарства представляют риск?

В 2008 г. на семинаре Европейского научного фонда обсуждались дальнейшие шаги по разработке компьютеризированных моделей сердца in silico, которые позволят тестировать возможные лекарства и методы лечения без риска для людей. Получившийся в результате проект PREDICT был официально запущен 1 июня 2008 г. при поддержке крупных фармацевтических компаний и с миссией смоделировать, сымитировать и в конечном итоге спрогнозировать воздействия лекарств на сердечный ритм с использованием компьютерных моделей. PREDICT был разработан для стимулирования разработки математических моделей отдельных ионных каналов, которые контролируют, как и когда сокращаются клетки.

Аналогичная работа проводилась в США. Комплексный анализ проаритмии in vitro (CiPA) был запущен в 2013 г. Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США для выявления риска проаритмии, когда лекарство усугубляет существующую проблему с сердцебиением или провоцирует новую. В тесте использовались три направления доказательств, в частности, компьютерное моделирование, чтобы показать влияние на электрические свойства (потенциал действия) кардиомиоцитов желудочков – клеток сердечной мышцы.

Заменяя животных компьютером

Примерно через десять лет после запуска европейского проекта PREDICT команда Бланки Родригес из Оксфордского университета прошла важную веху в своих усилиях по имитации сердца in silico: к тому времени их модель была достаточно точной, чтобы быть полезной для фармацевтических компаний, и лучше использования животных. В то время как первая клеточная модель Дениса Нобла основывалась на нескольких дифференциальных уравнениях, в ее модели использовалось 41[325].

Работая с компанией Janssen Pharmaceutica в Бельгии, команда Родригес провела виртуальное исследование, в ходе которого 62 препарата и эталонные соединения были протестированы в различных концентрациях на более чем тысяче симуляций клеток сердца человека[326]. Эта модель работала не на молекулярном уровне. И это не была полноценная симуляция сердца, о которой мы поговорим в следующей главе. Это был большой связанный набор химических кинетических обыкновенных дифференциальных уравнений, разработанный лабораторией Йорама Руди в Вашингтонском университете в Сент-Луисе с использованием экспериментальных данных более чем 140 человеческих сердец; предсказанный риск того, что лекарства вызовут аномальные ритмы у пациентов, имел точность 89 %. Когда прогнозы виртуального сердца сравнили с данными сопоставимых исследований на животных, команда Оксфорда обнаружила, что исследования на животных были менее точными (75 %). В свете этого успеха команда получила награду от Национального центра 3R (NC3Rs) – организации, занимающейся заменой, усовершенствованием и сокращением использования животных в исследованиях и испытаниях. Более того, теперь, когда в прогнозировании неблагоприятных побочных эффектов на ритм сердца виртуальные клетки оказались более точными, чем эксперименты на животных, появился путь к снижению нашей зависимости от примерно 60 000 животных, каждый год используемых во всем мире для этих исследований.