Un nuevo modelo computacional de tejido cardíaco permite a los investigadores estimar la probabilidad de irregularidades raras en los latidos del corazón que pueden causar muerte cardíaca súbita. El modelo, desarrollado por Mark Walker y sus colegas de la Universidad Johns Hopkins, Baltimore, e IBM Research, Yorktown Heights, NY, se presenta en Biología Computacional PLOS .
Un mayor riesgo de muerte cardíaca súbita está asociado con algunas enfermedades cardíacas. Ocurre cuando un latido cardíaco irregular arritmia interfiere con la señalización eléctrica normal en el corazón, lo que lleva a un paro cardíaco. Investigaciones anteriores han demostrado que la liberación simultánea y espontánea de calcio porLos grupos de células cardíacas adyacentes pueden causar latidos cardíacos prematuros que desencadenan estas arritmias mortales.
A pesar de su importancia, las arritmias que pueden causar muerte cardíaca súbita son tan raras que estimar su probabilidad es difícil, incluso para computadoras potentes. Por ejemplo, utilizando un enfoque de "fuerza bruta", se necesitarían más de mil millones de simulaciones para estimar con precisiónla probabilidad de que ocurra un evento que tiene una probabilidad entre 1 millón de ocurrir.
En el nuevo estudio, los investigadores desarrollaron un método que requiere solo cientos de simulaciones para estimar la probabilidad de una arritmia mortal. Estas simulaciones están impulsadas por un modelo computacional que, a diferencia de los modelos desarrollados previamente, incorpora de manera realista detalles de laprocesos que ocurren en las células del corazón.
Los investigadores demostraron que, al alterar los parámetros del modelo, podían utilizar el modelo para investigar cómo determinados procesos moleculares podrían controlar la probabilidad de arritmias mortales. Descubrieron que las interrupciones eléctricas específicas de nivel molecular asociadas con la insuficiencia cardíaca aumentaban la probabilidad dearritmias en varios órdenes de magnitud.
"Este estudio representa un importante paso adelante en la comprensión de cómo identificar los procesos moleculares que son los principales reguladores de la probabilidad de ocurrencia de eventos arrítmicos raros", dice el coautor del estudio Raimond Winslow. "Como tal, nuestro enfoque ofrece unanueva y poderosa herramienta computacional para identificar los objetivos de fármacos óptimos para la farmacoterapia dirigida a prevenir las arritmias ".
"Los modelos informáticos multiescala son fundamentales para vincular una mejor comprensión de los mecanismos de las enfermedades por fármacos con el comportamiento de los tejidos y los órganos en enfermedades complejas como la insuficiencia cardíaca", dice Karim Azer, director sénior y jefe de farmacología de sistemas de Sanofi, que no participóen el estudio. Añadió: "Los modelos proporcionan predicciones que se pueden probar en el laboratorio o en la clínica y, como tal, la industria farmacéutica utiliza cada vez más enfoques de modelos matemáticos y computacionales para permitir el descubrimiento de fármacos clave y decisiones de desarrollo con respecto a fármacos y pacientescaracterísticas es decir, hacia la medicina de precisión. "
En el futuro, el equipo planea aplicar su método a grupos de células tridimensionales, en lugar de las fibras unidimensionales exploradas en este estudio. El trabajo futuro también podría emplear experimentos con tejido cardíaco humano diseñado para ayudar a verificar las predicciones del modelo.
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Materiales proporcionados por PLOS . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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