Forskning publicerad i Science Translational Medicine i februari 2019 använde en virtuell patient för att testa drogen, Fevipiprant. (Shutterstock)

A färsk studie visar att ett gamechanger-läkemedel som heter Fevipiprant lovar att sänka patienternas risker att drabbas av astmaanfall och tas in på sjukhus.

Detta är den Första gången en läkemedelsminskande luftvägs glatt muskelmassa - En viktig klinisk indikator på sjukdomssvårighetsgrad som ökar sannolikheten för mer frekventa astmaattacker och till och med dödsfall - har rapporterats.

Med Rod Smallwood, fellow av British Royal Academy of Engineering, utvecklade jag datormodeller som gjorde det möjligt för oss att simulera resultat från a Fas 2 klinisk studie - förutspå behandlingsresultat hos patienter

Den ursprungliga rättegången leddes av Christopher Brightling, klinisk professor i respiratorisk medicin vid University of Leicester och den främsta koordinatorn för European Lung Foundation AirPROM.

Astma är allt vanligare

Astma påverkar omkring 339 miljoner människor över hela världen och dödar så många som 1,000-personer varje dag, enligt Global Asthma Report 2018.

Förekomsten av astma ökar, med låg- och medelinkomstländer som lider mest - delvis, eftersom viktiga läkemedel är otillgängliga, oöverkomliga eller av otillförlitlig kvalitet.

Astma orsakas av komplexa samspel mellan patientens gener, celler och miljö som leder till en ökning av glatt muskelmassa i luftvägarna: en process som kallas remodeling.

En man bär en hälsoskydd på skytrain i Bangkok, Thailand, i februari 2019, för att skydda mot luft och dammförorening. (Shutterstock)

Våra luftvägar består av flera olika celltyper som existerar tillsammans i en högbeställd stat. Luftvägs lumen är fodrad av epitelceller och vidare inuti mesenkymet. Det senare innehåller muskelceller som ökar i massa under astma. En annan viktig egenskap hos luftvägen är de inflammatoriska cellerna som rekryteras vid en utländsk utmaning (som ett allergen eller virus).

I hälsa arbetar dessa tre element i harmoni för att säkerställa effektivt luftflöde och lämpligt svar på externa utmaningar. I astma kompromissas dessa harmoniska interaktioner, vilket resulterar i ökad muskelmassa.

Att utveckla en sund strategi för att behandla astma kräver en exakt förståelse för de faktorer som bidrar till sjukdomsframkomsten. Vi kan inte uppnå detta genom experiment ensamt eftersom så många faktorer bidrar till sjukdomen. Med matematiska modeller kan vi använda hypoteser för att minska systemets komplexitet.

Vi gjorde en "virtuell patient"

I den kliniska prövningen observerades Fevipiprant minska antalet inflammatoriska celler och muskelmassa.

För att förstå hur, Jag utvecklade en matematisk modell som kombinerade epitheliala, mesenkymala och inflammatoriska element - för att förstå vad som är ansvarigt för luftvägsmodellering under astma.

Jag använde något som heter "Agentbaserad modellering" - Ett matematiskt tillvägagångssätt som bygger på regeluppsättningar som styr interaktioner mellan olika modellelement.

Jag utvecklade en "virtuell patient" med svår astma och gav dem virtuella droger. Jag försäkrade mig om att modellen skulle fånga biologisk verklighet genom att först administrera virtuell Mepolizumab, som dödade inflammatoriska celler i luftvägarna. Den virtuella patientens prestanda var överensstämmer med kliniska resultat.

Sedan gav jag den virtuella patienten Fevipiprant. Medan det visade samma mängd minskning av inflammatoriska celler som den kliniska prövningen, misslyckades det att visa samma mängd reduktion i muskelmassa som observerats kliniskt.

Detta ledde till slutsatsen att Fevipiprant inte agerade genom att minska inflammationen ensam, utan också direkt påverkar muskelmassan. Experiment utförd av Ruth Saunders vid University of Leicester, med muskelceller som tagits från patienterna föreslog att Fevipiprant minskade rekryteringen av celler som kallas myofibroblaster, vilket tillför muskelmassa under ombyggnad.

När denna sekundära egenskap sattes till modellen var den observerade minskningen i muskelmassan hos den virtuella patienten förenlig med kliniska data.

Minskat beroende av steroider

Fevipiprant kan vara en potentiell terapi för att förbättra luftvägsmodellering i astma.

Med hjälp av detta läkemedel kan patienterna minska deras beroende av högdossteroider, vars biverkningar inkluderar viktökning, diabetes och högt blodtryck.

För det andra kan den "virtuella patienten" spela en roll i läkemedelsdesign och optimering, vilket potentiellt sänker kostnaderna för läkemedelsutveckling.

Även om detta behöver fler test med andra terapier, är det en milstolpe i patientspecifika modeller och lovar en ny era med precision inom andningsmedicin.

Om författaren

Himanshu Kaul, doktorand, University of British Columbia

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

at InnerSelf Market och Amazon