В новом исследовании исследователи разработали математическую модель, которая может предсказать прогрессирование нефрита — воспаления почек — до интерстициального фиброза, рубцевания в почках, которые современные методы лечения не могут обратить вспять. Биопсия почки — единственный существующий способ поставить окончательный диагноз повреждения и его степени.
Модель также может использоваться для мониторинга эффективности экспериментальных методов лечения воспаления и фиброза.
По данным Национального института здоровья, этот фиброз может следовать за развитием волчаночного нефрита, который встречается примерно у 60 процентов пациентов с волчанкой. Воспаление связано с наиболее распространенным типом волчанки — системной красной волчанкой. Причина волчанки неизвестна, и ее невозможно вылечить.
Исследование опубликовано на этой неделе в раннем онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences.
Математическая модель состоит из серии уравнений, которые учитывают сложный воспалительный процесс, ведущий от нефрита к фиброзу в поврежденных почках. В соответствии с задумкой модель может определять степень повреждения почек и прогнозировать, как воспалительные процессы будут реагировать на различные методы лечения.
«Наиболее важным применением этой модели будет улучшение дизайна клинических испытаний новых лекарств для лечения почек до того, как у них разовьется фиброз», — сказал ведущий автор Авнер Фридман, заслуженный профессор факультета математики Университета штата Огайо. «Установление дозы экспериментальной терапии — самая сложная часть тестирования новых лекарств. Модель может дать отправную точку для эффективной дозы.”
По словам Брэда Ровина, профессора и директора отделения нефрологии Медицинского центра Векснера штата Огайо, более эффективное лечение повреждения почек при волчанке является неотложной медицинской необходимостью, поскольку у пациентов с умеренным или тяжелым фиброзом более вероятно развитие хронического или терминального заболевания почек. и соавтор статьи.
«Если почка уже повреждена, мы не можем ожидать, что будем часто возвращаться к ней, чтобы извлечь больше ткани для нескольких биопсий», — сказал Ровин.
Моделирование математиками, обладающими опытом в биомедицинских процессах, становится все более важным в науках о здоровье. Моделирование снижает потребность в догадках и длительных испытаниях на животных, которые традиционно необходимы, поскольку исследователи занимаются профилактикой, диагностикой и лечением сложных заболеваний.
И в этом случае математическое моделирование заменит инвазивный диагностический тест.
Волчанка — это аутоиммунное заболевание, когда иммунная система атакует здоровые клетки и ткани в организме.
Волчанка обычно поражает почки, где иммунные клетки накапливаются в фильтрующих элементах органа. Это вызывает неконтролируемый воспалительный процесс, который в конечном итоге приводит к рубцеванию и разрушению структур, называемых канальцами, которые собирают фильтрованную жидкость и участвуют в выработке мочи.
По словам Фридмана, директора-основателя Института математических биологических наук (MBI) в штате Огайо, необходимы дальнейшая проверка и уточнение модели.
Но в этом исследовании сравнение с данными пациентов-людей показало, что уровни воспалительных белков в моче пациентов с легким, средним или тяжелым фиброзом соответствовали уровням, предсказанным моделью.
Модель также позволяет ученым смоделировать рубцевание и определить, как повреждение будет реагировать на терапию, направленную на конкретные пути к заболеванию — либо воспалительный процесс, либо само рубцевание.
По словам Фридмана, выявляя уязвимости в процессе от воспаления до рубцевания, модель может даже указать на клетки и белки, которые будут наиболее многообещающими целями лечения.