Un equipo de investigadores de la Universidad de Brown ha desarrollado un nuevo modelo de computadora que simula la forma en que los glóbulos rojos se deforman por la enfermedad de células falciformes. El modelo, descrito en un artículo publicado en Avances científicos , podría ser útil en la evaluación preclínica de medicamentos destinados a prevenir el proceso de hoz.
"Actualmente solo hay dos medicamentos aprobados por la FDA para tratar la enfermedad de células falciformes, y no funcionan para todos", dijo Lu Lu, un estudiante de doctorado en la División de Matemática Aplicada de Brown y el estudiocoautor principal: "Queríamos construir un modelo que considerara todo el proceso de hoz y podría usarse para preseleccionar rápida y económicamente a los nuevos candidatos a fármacos".
La enfermedad de células falciformes es un trastorno genético que afecta a millones de personas en todo el mundo. El trastorno hace que los glóbulos rojos, que normalmente son blandos y redondos, se vuelvan rígidos, pegajosos y con forma de hoz un poco como una luna creciente.las células con forma se atascan en los vasos sanguíneos, causando dolor, hinchazón, derrames cerebrales y otras complicaciones.
A nivel celular, la enfermedad de células falciformes afecta a la hemoglobina, una proteína en los glóbulos rojos responsables del transporte de oxígeno. Cuando se priva de oxígeno, la hemoglobina de células falciformes se agrupa dentro de la célula. Los grupos luego forman largas fibras de polímero que empujan contra la célulapared, endureciendo las células y forzándolas a deformarse.
George Karniadakis, profesor de matemáticas aplicadas en Brown y autor principal de la nueva investigación, ha trabajado durante años para comprender mejor el trastorno. Más recientemente, ha trabajado con Lu y He Li, profesor de investigación en Brown, para crear detallesmodelos biofísicos de cada etapa del proceso falciforme, incluido un modelo de función de glóbulos rojos llamado OpenRBC y un modelo de supercomputadora de formación de fibra falciforme.
Este nuevo modelo combina y simplifica los modelos anteriores para crear un solo modelo cinético de todo el proceso de hoz. Utilizando la información obtenida de los modelos detallados de supercomputadoras, los investigadores pudieron construir una versión simplificada que captura todas las dinámicas importantes de la hozproceso, pero se puede ejecutar en una computadora portátil.
Para validar el modelo, los investigadores demostraron que podía reproducir los resultados de experimentos anteriores en el laboratorio y en las personas.
Debido a que la dinámica del proceso de hoz puede variar dependiendo de en qué parte del cuerpo está sucediendo, los investigadores diseñaron el modelo para simular el proceso de hoz en diferentes órganos. Por ejemplo, debido a que el oxígeno juega un papel clave en el proceso, la hoz se desarrolla de manera muy diferente enáreas ricas en oxígeno como los pulmones en comparación con áreas más pobres en oxígeno como los riñones. El modelo permite a los usuarios ingresar parámetros específicos para el órgano que esperan simular. Esa misma flexibilidad también permite que el modelo se ejecute para pacientes individuales quepuede tener versiones más o menos graves del trastorno.
Para probar la efectividad potencial de los medicamentos, el modelo permite a los usuarios ingresar el modo de acción por el cual se presume que un medicamento funciona, a menudo se recopila información durante los estudios preliminares de laboratorio. Por ejemplo, si un medicamento está diseñado para aumentar la cantidadde hemoglobina saludable en los glóbulos rojos, el modelo puede usar esa información para generar el efecto en una gran población de glóbulos rojos específicos de pacientes o de órganos.
"A veces, un medicamento puede diseñarse para que funcione en un parámetro, pero termina teniendo efectos diferentes sobre otros parámetros", dijo Karniadakis. "El modelo puede determinar si esos efectos son sinérgicos o si pueden negarse entre sí. Entoncesel modelo nos puede dar una idea del efecto general de la droga "
Los investigadores esperan que el modelo pueda ser útil para identificar candidatos prometedores a medicamentos.
"Los ensayos clínicos de drogas son muy caros y la gran mayoría de ellos no tienen éxito", dijo Karniadakis. "La esperanza aquí es que podamos hacer ensayos en silico para detectar posibles medicamentos antes de proceder a un ensayo clínico".
Otros coautores del artículo fueron Zhen Li, Xuejin Li y Peter Vekilov. La investigación fue apoyada por el Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre U01HL114476.
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Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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