Mathematische Modellierung Intensifies Studie der potenziell tödlichen Grippe-Viren , von Mutter Natur Und BIOTERRORISTEN

Grippeviren sind eine große Bedrohung , ob sie aus der Natur stammen oder sind durch menschliche Hand geändert werden, um eine tödliche Biowaffe erstellen. Die University of Rochester Medical Center wird anzugehen beide Szenarien frontal mit einem Fünf -Jahres-Vertrag , in Höhe von rund $ 11.900.000 , von der Nationalen Institut für Allergien und Infektionskrankheiten (NIAID ) , Teil der National Institutes of Health (NIH) . Der Vertrag wird erforscht, wie wir Computer-Modellierung nutzen, um Möglichkeiten zur Steigerung der menschlichen Immunantwort gegen zu finden und neue Bereiche der Untersuchung Behandlungen für eine Vielzahl von potentiell tödlichen Viren fördern.

" Diese Art von Forschung ist sehr wichtig, denn er wird in die Vereinigten Staaten besser , stärker und schneller auf die Entwicklung neuer Impfstoffe und Therapien für machen Grippe Infektionen , die wir noch nicht über Impfstoffe für ", sagte Martin Zand , MD, Ph.D. , Co-Direktor des Zentrums für Biodefense Immune Modellierung und Ärztlicher Direktor der Nieren- und Pankreastransplantationsprogrammean der Universität von Rochester Medical Center.

Im Laufe des Fünfjahresvertrag werden die Forscher mathematische Modelle und Simulationswerkzeuge zu entwerfen, um zu untersuchen , wie das Immunsystem reagiert auf Grippe-Impfstoffe , versuchen, zu entdecken , warum manche Menschen haben eine gute Reaktion auf einen Impfstoff und andere nicht. Anhand der Daten aus Mäusen und Menschen , hoffen sie , diese Modelle verwenden, um verschiedene flu Szenarien simulieren und testen medizinische Eingriffe , die entwickelt werden können , um das Ausmaß einer gefährlichen Grippe-Infektion bei Menschen zu begrenzen.

" Das Wunderbare an Modellen ist, dass wir eine Vorstellung davon , wie ein Virus könnte das Immunsystem, wie das Immunsystem reagiert möglicherweise umgehen , und wie können wir die Immunantwort , ohne jemals zu erstellen oder zu leben durch eine Pandemie oder bioterroristische verbessern Angriff " Zand festgestellt.

Der Vertrag ist eine Verlängerung um fünf Jahre vom Zentrum für Biodefense Immune Ling am Medical Center , die zunächst mit einem Vertrag $ 10.000.000 im Jahr 2005 als Teil des NIAID der Modellierung Störfestigkeit für Biodefense Programm gefördert wurde . Forscher verbrachte die letzten fünf Jahren die Entwicklung von Modellen verschiedener grippale Infekte , und jetzt werden sie dieses Wissen weiter zu Modell und Studien tierischen und menschlichen Immunreaktionen auf neue und bestehende Grippe-Impfstoffe zu verwenden.

Neben der Modellierung und experimentelle Arbeiten , wird der Vertrag die Entwicklung neuer mathematischer Methoden und Software-Werkzeuge , die für die gesamte Forschungsgemeinschaft zur Verfügung gestellt wird finanzieren.

NIAID auch vergebenen Aufträge zu drei weitere Zentren im Rahmen der Immun Modellierung für Biodefense Programm : Mount Sinai Medical Center School of Medicine , Duke University und der Virginia Bioinformatics Institute an der Virginia Polytechnic Institute und State University.

Diese besondere NIH-Programm unterscheidet sich von der Vergangenheit NIH-finanzierten Immunologie Forschung durch die Betonung der mathematischen Modellierung , kombiniert mit modernster Immunologie Experimente und die Entwicklung neuer Computerwerkzeuge für Immunologie Forschung. Mit solchen Konzepten kann die Wissenschaftler das Verhalten des gesamten Immunsystems im Laufe der Zeit sehen , im Gegensatz zu immer eine Momentaufnahme von einem oder zwei Zeitpunkten , wie zum Beispiel nach jemand geimpft oder mit der Grippe infiziert. Die Forscher glauben, dass dies umfassendere und mathematisch -basierten Ansatz wird ein besseres Verständnis dafür, wie die Grippe und andere Viren den Körper angreifen , wie das Immunsystem reagiert und wie wir in der Lage, einzugreifen ergeben.

"Verwendung von Modellen und Simulationen ist alltäglich in vielen Branchen, wie die Automobil- und Luftfahrtindustrie , in denen die Hersteller testen Entwürfe , bevor sie tatsächlich Autos und Flugzeuge zu produzieren ", sagte Wu Hulin , Ph.D., Co-Direktor des Zentrums für Biodefense Immune Modellierung und Professor in der Abteilung für Biostatistik und Bioinformatik an der Medical Center. " Die biomedizinische Forschung hat diese gleiche Art Geschäfte zu machen , mit Hilfe von Modellen , um Informationen, die Wissenschaftler zu entwerfen , die wirksamsten Impfstoffe und Therapien in der kürzesten Zeit zusammenkommen angenommen. "

Wu fügte hinzu, dass Modelle sind wichtig , weil viele der Immunologie Experimente nicht in einem Labor durchgeführt werden : "Wir können nicht die Menschen infizieren, mit einem neuen Stamm des Grippevirus , aber wir können ein mathematisches Modell eines Menschen in den Computer , um zu lernen mehr über die Viren-und Test mögliche Therapien . "

Die biomedizinische Forschung , die Methoden und Techniken von der mathematischen Modellierung , Bioinformatik , Biostatistik und Bioinformatik integriert ist eine aufstrebende Disziplin der Systembiologie bekannt und hilft Kraftstoff biomedizinischen Wissenschaft Entdeckungen im neuen Jahrhundert . Wu und Zand werden unter Verwendung einer systembiologischen Ansatz , um zu helfen ihre Forschung.

Ein Beispiel für eine Studie Wu und Zand wird jeden Tag beginnen in diesem Jahr beinhaltet die Entnahme von Blutproben aus kleinen Gruppen von Menschen , für 11 Tage , nachdem sie den saisonalen Grippe-Impfstoff erhalten . Jeden Tag werden diese Proben in einer Reihe von innovativen Zellen , Proteinen und Genexpression Tests untersucht werden. Diese detaillierten Daten : Das Forschungsteam wird eine ähnliche Studie bei Mäusen zu tun und vergleichen Sie die Menschen und Tieren wertvolle Informationen darüber, wo Antikörper oder Immunzellen und wenn , was Gene sind an verschiedenen Orten zum Ausdruck gebracht und welche zellulären Marker vorhanden sind nach der Impfung zu sammeln dann verwendet werden, um Modelle, die Antworten auf aktuelle und zukünftige Grippeimpfstoffe in Mäusen vorhersagen zu schaffen und hoffentlich eines Tages in die Menschen.

Nach Zand , "Diese Initiative ist wirklich aufregend , weil es der Beginn einer neue Art der immunologischen Forschung . " In der Vergangenheit wurde die Verwendung von Modellen in der Regel Mathematiker und Modellbauer beschränkt , aber jetzt , mit Unterstützung von NIH und der Entwicklung neuer Software-Tools , Immunologen, Modellierer und Statistiker sind in einem sehr intensiven Ebene zusammen. " Im Wesentlichen wird dieser neue Ansatz unterrichtet experimentellen Immunologen , wie man eine andere Sprache in der Wissenschaft zu verwenden - die Sprache der Mathematik ", sagte Zand .

Neben Zand und Wu , John Treanor , MD, David Topham , Ph.D., Tim Mosmann , Ph.D., Stephen Welle , Ph.D., Alexandra Livingstone , Ph.D., Mark Sangster , Ph.D . , Luis Martinez - Sobrido , Ph.D., Brian Ward , Ph.D., Hongyu Miao , Ph.D., Hua Liang , Ph.D., Gregory Warnes , Ph.D., Jingming Ma , Ph.D. . , Anthony Almudevar , Ph.D., und Jeanne Holden - Wiltse , MPH von der University of Rochester Medical Center sind in der Forschung beteiligt. Alan Perelson , Ph.D., und Ruy Riberio , Ph.D., von der Los Alamos National Laboratory sind ebenfalls Teil des Forschungsteams .

Das Zentrum für Biodefense Immune Modeling hat große Synergie mit anderen Grippe- Projekte an der University of Rochester Medical Center , einschließlich der New York Influenza Center of Excellence ( NYICE ) , dem Zentrum für Biodefense der Immunsupprimierte Populationen ( CBIP ) und den Gesundheitswissenschaften Zentrum für Computational Innovation ( HSCCI ) . Zwischen 2005 und 2015 Gesamtmittel für diese Projekte , die von NIH und einer UnternehmenspartnerschaftHSCCI kommt , ist ungefähr $ 64.000.000 .

Außerdem Rochester der Abteilung für Biomedizinische Modellierung und Informatik in der Abteilung für Biostatistik und Bioinformatik , von Wu im Jahr 2004 gegründet , um integrierte quantitative Wissenschaften Ansätze zu entwickeln und für die biomedizinische Forschung am Medical Center unterstützt , bietet die Modellierung , Statistik und Bioinformatik unterstützt mehrere große biomedizinischen Forschungsprojekte , wie das Entwicklungszentrum für AIDS Forschung, die Rochester Prevention Research Center, NYICE und CBIP .

Zusammengenommen diese breite Expertise und Infrastruktur macht das Medical Center eine der wenigen Institutionen im Land mit einer Kombination aus fortschrittlichen Bioinformatik , Biostatistik und Impfstoff Immunologie , die im großen Maßstab , translationale Humanimmunologie Projekte durchführen können .

Quelle:
Emily Boynton
University of Rochester Medical Center