Im Februar in Science Translational Medicine veröffentlichte Forschung 2019 verwendete einen virtuellen Patienten, um das Medikament Fevipiprant zu testen. (Shutterstock)

A aktuellen Studie zeigt, dass ein Gamechanger-Medikament Fevipiprant heißt verspricht, das Risiko eines Patienten, einen Asthmaanfall zu erleiden und in ein Krankenhaus zu kommen, zu senken.

Dies ist die erstmals ein Medikament, das die glatte Muskulatur der Atemwege reduziert - Ein wichtiger klinischer Indikator für den Schweregrad der Erkrankung, der die Wahrscheinlichkeit häufigerer Asthmaanfälle und sogar Todesfälle erhöht - wurde berichtet.

Zusammen mit Rod Smallwood, Mit der britischen Royal Academy of Engineering entwickelte ich Computermodelle, mit denen wir die Ergebnisse von a simulieren konnten Phase 2 klinische Studie - Vorhersage der Therapieergebnisse bei Patienten.

Der ursprüngliche Prozess wurde von geführt Christopher BrightlingKlinischer Professor für Atemwegsmedizin an der University of Leicester und Hauptkoordinator der European Lung Foundation AirPROM.

Asthma tritt immer häufiger auf

Asthma betrifft weltweit rund 339 Millionen Menschen und tötet laut 1,000 täglich jeden Tag so viele Menschen Globaler Asthma-Bericht 2018.

Die Prävalenz von Asthma nimmt zu, wobei Länder mit niedrigem und mittlerem Einkommen am stärksten leiden - zum Teil, weil lebenswichtige Medikamente nicht verfügbar sind, unbezahlbar oder von unzuverlässiger Qualität sind.

Asthma wird durch komplexe Wechselwirkungen zwischen den Genen, Zellen und der Umgebung eines Patienten verursacht, die zu einer Zunahme der glatten Muskulatur der Atemwege führen: ein Vorgang, der als "Remodeling" bezeichnet wird.

Ein Mann trägt eine Gesundheitsmaske auf dem Skytrain in Bangkok, Thailand, im Februar 2019, um sich vor Luft- und Staubverschmutzung zu schützen. (Shutterstock)

Unsere Atemwege bestehen aus verschiedene Zelltypen die zusammen in einem hochgeordneten Zustand existieren. Das Lumen der Atemwege ist mit Epithelzellen und weiter innen mit dem Mesenchym ausgekleidet. Letzteres enthält Muskelzellen, die während Asthma an Masse zunehmen. Ein weiteres entscheidendes Merkmal der Atemwege sind die Entzündungszellen, die bei einer fremden Belastung (wie etwa einem Allergen oder einem Virus) rekrutiert werden.

In der Gesundheit sorgen diese drei Elemente für eine effektive Luftströmung und eine angemessene Reaktion auf externe Herausforderungen. Bei Asthma werden diese harmonischen Wechselwirkungen beeinträchtigt, was zu einer erhöhten Muskelmasse führt.

Die Entwicklung einer soliden Strategie zur Behandlung von Asthma erfordert ein genaues Verständnis der Faktoren, die zur Entstehung der Krankheit beitragen. Wir können dies nicht allein durch Experimente erreichen, da so viele Faktoren zur Erkrankung beitragen. Mit mathematischen Modellen können wir Hypothesen verwenden, um die Komplexität des Systems zu reduzieren.

Wir haben einen "virtuellen Patienten" gemacht

In der klinischen Studie wurde Fevipiprant beobachtet reduzieren Sie die Anzahl der Entzündungszellen und Muskelmasse.

Um zu verstehen wie, Ich habe ein mathematisches Modell entwickelt das kombinierte die epithelialen, mesenchymalen und entzündlichen Elemente - zu verstehen, was für die Umgestaltung der Atemwege während Asthma verantwortlich ist.

Ich habe etwas gerufen "Agentenbasierte Modellierung" - ein mathematischer Ansatz, der auf Regelsätzen beruht, die die Interaktionen zwischen verschiedenen Modellelementen steuern.

Ich entwickelte einen „virtuellen Patienten“ mit schwerem Asthma und gab ihnen virtuelle Medikamente. Ich stellte sicher, dass das Modell die biologische Realität einfing, indem ich zuerst virtuelles Mepolizumab verabreichte, das Entzündungszellen in den Atemwegen abtötete. Die virtuelle Patientenleistung war im Einklang mit den klinischen Ergebnissen.

Ich gab dann den virtuellen Patienten Fevipiprant. Es zeigte zwar den gleichen Rückgang der Entzündungszellen wie die klinische Studie, jedoch nicht den gleichen Rückgang der Muskelmasse wie klinisch.

Dies führte zu dem Schluss, dass Fevipiprant nicht nur die Entzündung reduzierte, sondern auch die Muskelmasse direkt beeinflusste. Experimente durchgeführt von Ruth Saunders An der Universität von Leicester schlugen die Patienten mit Muskelzellen vor, dass Fevipiprant die Rekrutierung von Zellen namens Myofibroblasten reduzierte, die während des Remodellierens zur Muskelmasse beitragen.

Wenn dieses sekundäre Merkmal zu dem Modell hinzugefügt wurde, stimmte die beobachtete Verringerung der Muskelmasse des virtuellen Patienten mit den klinischen Daten überein.

Reduzierte Abhängigkeit von Steroiden

Fevipiprant könnte eine mögliche Therapie sein, um die Umgestaltung der Atemwege bei Asthma zu verbessern.

Die Verwendung dieses Medikaments könnte es den Patienten ermöglichen, ihre Abhängigkeit von hochdosierten Steroiden zu reduzieren, deren Nebenwirkungen Gewichtszunahme, Diabetes und Bluthochdruck umfassen.

Zweitens kann der „virtuelle Patient“ beim Design und der Optimierung von Medikamenten eine Rolle spielen, wodurch möglicherweise die Entwicklungskosten für Medikamente gesenkt werden.

Dies erfordert zwar mehr Tests mit anderen Therapien, ist jedoch ein Meilenstein bei patientenspezifischen Modellen und verspricht eine neue Ära der Präzision in der Atemwegsmedizin.

Über den Autor

Himanshu Kaul, Postdoktorand, University of British Columbia

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