Onderzoek gepubliceerd in Science Translational Medicine in februari 2019 gebruikte een virtuele patiënt om het medicijn, Fevipiprant, te testen. (Shutterstock)
A recente studie laat zien dat een gamechanger-medicijn Fevipiprant heet belooft de risico's van patiënten om aan een astma-aanval te lijden en te worden opgenomen in een ziekenhuis te verlagen.
Dit is de eerste keer dat een medicijn de gladde spiermassa van de luchtwegen vermindert - een belangrijke klinische indicator van de ernst van de aandoening die de kans op frequentere astma-aanvallen en zelfs sterfgevallen verhoogt, is gemeld.
Samen met Rod Smallwood, fellow van de British Royal Academy of Engineering, ontwikkelde ik computermodellen waarmee we de resultaten van a konden simuleren Fase 2 klinische studie - om therapieresultaten te voorspellen bij patiënten.
De oorspronkelijke proef werd geleid door Christopher Brightling, klinisch professor luchtweggeneeskunde aan de Universiteit van Leicester en de belangrijkste coördinator van de European Lung Foundation AirPROM.
Astma komt steeds vaker voor
Astma beïnvloedt wereldwijd ongeveer 339 miljoen mensen, waarbij dagelijks zoveel mensen vermoord worden als 1,000 Global Astma Report 2018.
De prevalentie van astma neemt toe, met landen met lage en middeninkomens die het meest lijden, deels omdat essentiële geneesmiddelen niet beschikbaar, onbetaalbaar of van onbetrouwbare kwaliteit zijn.
Astma wordt veroorzaakt door een complex geheel van interacties tussen de genen, cellen en omgeving van een patiënt die leiden tot een toename van de gladde spiermassa van de luchtwegen: een proces dat 'hermodellering' wordt genoemd.
Een man draagt een gezondheidsmasker op de skytrain in Bangkok, Thailand, in februari 2019, om te waken tegen lucht- en stofvervuiling. (Shutterstock)
Onze luchtwegen zijn samengesteld uit verschillende celtypen die samen in een sterk geordende staat bestaan. Het luchtweglumen is bekleed met epitheelcellen en, verder binnen, het mesenchym. De laatste bevat spiercellen die toenemen in massa tijdens astma. Een ander cruciaal kenmerk van de luchtweg zijn de ontstekingscellen die worden gerekruteerd in het geval van een vreemde uitdaging (zoals een allergeen of virus).
Op het gebied van gezondheid werken deze drie elementen in harmonie samen om een effectieve luchtstroming te waarborgen en passend antwoord te bieden op externe uitdagingen. Bij astma zijn deze harmonische interacties aangetast, resulterend in verhoogde spiermassa.
Het ontwikkelen van een goede strategie voor de behandeling van astma vereist een precies begrip van de factoren die bijdragen aan het ontstaan van de ziekte. We kunnen dit niet bereiken door alleen te experimenteren, omdat zoveel factoren bijdragen aan de ziekte. Met wiskundige modellen kunnen we hypothesen gebruiken om de complexiteit van het systeem te verminderen.
We hebben een 'virtuele patiënt' gemaakt
In de klinische studie werd Fevipiprant waargenomen vermindering van het aantal ontstekingscellen en spiermassa.
Om te begrijpen hoe, Ik heb een wiskundig model ontwikkeld die de epitheliale, mesenchymale en inflammatoire elementen combineerden - om te begrijpen wat verantwoordelijk is voor de remodellering van de luchtwegen tijdens astma.
Ik heb iets gebruikt dat heet "Agent-gebaseerde modellering" - een wiskundige benadering die berust op regelsets die de interacties tussen verschillende modelelementen bepalen.
Ik ontwikkelde een 'virtuele patiënt' met ernstig astma en gaf ze virtuele medicijnen. Ik zorgde ervoor dat het model de biologische realiteit vastlegde door eerst het virtuele Mepolizumab toe te dienen, dat ontstekingscellen in de luchtwegen doodde. De virtuele patiëntprestatie was consistent met klinische resultaten.
Ik gaf toen de virtuele patiënt Fevipiprant. Hoewel het dezelfde hoeveelheid reductie in ontstekingscellen liet zien als het klinische onderzoek, slaagde het er niet in om dezelfde hoeveelheid reductie in spiermassa te laten zien als klinisch werd waargenomen.
Dit leidde tot de conclusie dat Fevipiprant niet handelde door de ontsteking alleen te verminderen, maar ook door direct de spiermassa te beïnvloeden. Experimenten uitgevoerd door Ruth Saunders aan de Universiteit van Leicester, met spiercellen van patiënten, suggereerde dat Fevipiprant de rekrutering van cellen die myofibroblasten worden genoemd, verminderde, wat bijdraagt aan spiermassa tijdens remodellering.
Wanneer dit secundaire kenmerk aan het model werd toegevoegd, was de waargenomen vermindering van de spiermassa van de virtuele patiënt consistent met klinische gegevens.
Verminderde afhankelijkheid van steroïden
Fevipiprant zou een potentiële therapie kunnen zijn om de remodellering van de luchtwegen bij astma te verbeteren.
Het gebruik van dit medicijn zou patiënten in staat kunnen stellen hun afhankelijkheid van hoog gedoseerde steroïden te verminderen, waarvan de bijwerkingen gewichtstoename, diabetes en hoge bloeddruk omvatten.
Ten tweede kan de "virtuele patiënt" een rol spelen bij het ontwerpen en optimaliseren van geneesmiddelen, waardoor de ontwikkelingskosten van geneesmiddelen mogelijk dalen.
Hoewel dit meer testen met andere therapieën vereist, is het een mijlpaal in patiëntspecifieke modellen en belooft het een nieuw tijdperk van precisie in de respiratoire geneeskunde.
Over de auteur
Himanshu Kaul, postdoctoraal fellow, University of British Columbia
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.
Verwante Boeken
at InnerSelf Market en Amazon
