Чтобы упростить обнаружение того, что вызывает это смертельное заболевание, команда исследователей Джона Хопкинса построила новую мощную компьютерную модель, которая воспроизводит биологическую активность в сердце, которая предшествует внезапной сердечной смерти.В исследовании, опубликованном недавно в журнале PLOS Computational Biology, команда сообщила, что цифровая модель дала важные подсказки, которые могут обеспечить цели лечения для производителей лекарств.«Впервые мы разработали метод определения того, как молекулярные механизмы нарушения сердечного ритма определяют вероятность аритмий в сердечной ткани», — сказал Раймонд Л. Уинслоу, профессор биомедицинской инженерии в Johns Hopkins. и старший автор исследования.«Важность этого, — сказал Уинслоу, который также является директором университетского института вычислительной медицины, — состоит в том, что теперь мы можем точно количественно оценить, как эти дисфункции влияют на вероятность возникновения аритмий.
То есть теперь у нас есть способ определения наиболее важных контролирующих молекулярных факторов, связанных с этими аритмиями ».Обладая этими знаниями, сказал Уинслоу, исследователи смогут лучше разрабатывать методы лечения, предотвращающие формирование некоторых смертельных сердечных ритмов. «Это может привести к созданию более совершенных лекарств, нацеленных на правильные механизмы», — сказал Уинслоу. «Если вы сможете найти молекулу, которая блокирует это конкретное действие, это значительно снизит вероятность аритмии, в то время как другие манипуляции будут иметь сравнительно незначительный эффект».Ведущим автором исследования был Марк А. Уокер, который работал над этой проблемой, одновременно получая докторскую степень Джонса Хопкинса под руководством Уинслоу.
Уокер сказал, что он и его коллеги использовали компьютерные модели, чтобы определить, какая активность связана с аритмией на трех биологических уровнях: в сердечной ткани в целом, в отдельных сердечных клетках и в молекулах, из которых состоят клетки, включая небольшие белки, называемые ионами. каналы, контролирующие движение кальция в сердце.«Кальций играет важную роль в функционировании сердечной клетки», — сказал Уокер, который сейчас работает вычислительным биологом в Институте Броуда, исследовательском центре, связанном с Гарвардским университетом и Массачусетским технологическим институтом. «Есть много интересных вопросов о том, как обработка кальция в клетках сердца может пойти наперекосяк».Уокер и его коллеги решили сосредоточиться на одном интригующем вопросе об этом процессе: когда в клетках сердца содержится слишком много кальция, что может случиться у пациентов с сердечными заболеваниями, как эта перегрузка кальцием вызывает аритмию?Команда обнаружила, что сердечные клетки реагируют, удаляя избыток кальция, и при этом генерируют электрический сигнал.
Если случайно генерируется достаточно большое количество этих сигналов одновременно, это может вызвать аритмию.«Представьте, что у вас есть группа людей в комнате, и вы хотите проверить прочность пола, на котором они все стоят», — сказал Уокер. «Это не очень прочный пол, поэтому, если на него будет приложено достаточно силы, он сломается. Вы говорите всем, что на счет три прыгните в воздух.
Все они приземляются на пол, и вы пытаетесь выяснить, что вероятность того, что пол сломается, учитывая, что все будут прыгать в несколько разное время, люди будут весить разное количество и они могут прыгнуть на разную высоту. Все это случайные величины ».Точно так же, сказал Уокер, случайные переменные также существуют в попытке определить вероятность того, что в сердце будет одновременно разряжаться достаточно электрических сигналов, связанных с кальцием, чтобы вызвать летальную аритмию. Поскольку обстоятельства, вызывающие внезапную сердечную смерть, очень редки, их очень сложно предсказать.
«Вы пытаетесь выяснить, какова вероятность», — сказал Уокер. «Трудность в том, чтобы сделать это, если вероятность составляет один из миллиона, тогда вам нужно провести десятки миллионов испытаний, чтобы оценить эту вероятность. Одним из достижений, которых мы добились в этой работе, было то, что мы смогли выяснить, как сделать это с помощью всего лишь нескольких испытаний ".Уокер и Уинслоу предупредили, что в настоящее время новая компьютерная модель не может предсказать, какие пациенты с сердечными заболеваниями сталкиваются с более высоким риском внезапной сердечной смерти. Но они сказали, что модель должна ускорить темпы исследований сердца и разработки соответствующих лекарств или методов лечения, таких как генная терапия.
Они сказали, что модель будет распространяться как бесплатное программное обеспечение с открытым исходным кодом.