Mathematisches Modell hilft bei der Auslegung Effiziente Multi - Drug Therapien

Seit Jahren behandelnden Ärzte , die mit HIV haben eine Beziehung zwischen wie treu Patienten nehmen die Medikamente, die sie verschreiben , und wie wahrscheinlich ist das Virus , um Resistenzen zu entwickeln anerkannt. In jüngerer Zeit hat die Forschung gezeigt, dass die Beziehung zwischen Festhalten an einer Drogen-Regime und der Widerstand ist anders für jedes der Medikamente , die das "Cocktail" verwendet, um die Krankheit zu bekämpfen .

Neue Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern der Harvard durchgeführt könnte erklären, warum diese Unterschiede bestehen und können Ärzten helfen, schnell und kostengünstig zu entwerfen neue Kombinationen von Medikamenten, die weniger wahrscheinlich, dass in Widerstand führen sind .

Wie in einem 2. September Papier beschrieben Nature Medicine, Ein Team von Forschern von Martin Nowak, Professor für Mathematik und Biologie und Direktor des Programms für Evolutionäre Dynamik geführt , haben eine Technik medizinische Forscher verwenden können, um die Auswirkungen der verschiedenen Behandlungen zu modellieren und vorherzusagen, ob sie das Virus an führen entwickelt entwickeln eine Resistenz .

"Was wir in dieser Arbeit zeigen, ist ein Prototyp für die Vorhersage , durch Modellierung , ob ein Patient zu einem bestimmten Einhaltung Ebene dürfte Widerstand gegen die Behandlung zu entwickeln", Alison Hill, Doktorand in Biophysik und Zusammenarbeit erste Autor des Papiers , genannten . "Im Vergleich zur Zeit und die Kosten einer klinischen Studie bietet dieses Verfahren eine relativ einfache Möglichkeit, diese Voraussagen zu machen. Und , wie wir in der Papier-, unsere Ergebnisse übereinstimmen mit dem, was die Ärzte im klinischen Umfeld zu sehen . "

Die Hoffnung , sagte Nowak, ist, dass die neue Technik wird ein Teil des Rätselraten bei der nehmen, was ist jetzt weitgehend eine Trial-and- Error-Prozess .

"Dies ist ein mathematisches Werkzeug , die Ihnen helfen zu entwerfen klinischen Studien ", sagte er . " Gerade jetzt, Forscher mit Versuch und Irrtum , diese Kombinationstherapien zu entwickeln. Unser Ansatz nutzt die mathematische Verständnis der Evolution der Prozess eher an Technik zu machen. "

Erstellen Sie ein Modell, solche Vorhersagen genau machen kann , erfordert jedoch große Datenmengen .

Um diese Daten zu erhalten , Hill und Daniel Scholes Rosenbloom , Doktorand in Organismische und Evolutionäre Biologie und andere erste Autor des Papiers , wandte sich an der Johns Hopkins University Medical School, wo Professor der Medizin und der Molekularbiologie und Genetik Robert F. Siliciano arbeitete mit Doktorand Alireza Rabi ( auch Co- Erstautor ) zu untersuchen, wie das HI-Virus in unterschiedlichem Medikamentendosierungen reagiert.

Solche Daten bewiesen entscheidend für das Modell, das Hill, Rabi und Rosenbloom schließlich entwickelt , weil das Niveau des Medikaments bei Patienten - auch diejenigen, die ihre Behandlung perfekt haften - natürlich variiert . Als Wirkstoffspiegel niedrig sind - so wie sie sind zwischen den Dosen , oder wenn eine Dosis vergessen - das Virus besser in der Lage zu replizieren und zu wachsen. Höhere Wirkstoffspiegel im Gegensatz dazu kann das Virus in Schach zu halten , aber auch das Risiko von Mutantenstämmen des Virus Schwellenländern zu erhöhen , was zu einer Medikamentenresistenz .

Mit dem Daten von Johns Hopkins , Hill Bewaffnet Rabi und Rosenbloom erstellt ein Computermodell , die vorhersagen , ob und wie viel das Virus , oder ein Arzneimittel-resistente Stamm wurde Anbau je nachdem, wie streng Patienten stecken , um ihre Drogen-Regime .

"Unser Modell ist im Wesentlichen eine Simulation dessen, was vor sich geht , während der Behandlung ", sagte Rosenbloom . "Wir haben eine Reihe von simulierten Patienten, von denen jeweils unterschiedliche Eigenschaften hatten , und dann haben wir gesagt: " Nehmen wir an, diese Patienten haben 60 Prozent Festhalten an ihrer Behandlung - . Sie nehmen 60 Prozent der Pillen, die sie eigentlich sind " Unser Modell kann uns sagen , was ihre Drogenkonzentration im Laufe der Zeit , und auf dieser Grundlage können wir sagen, ob das Virus wächst oder schrumpft, und ob sie wahrscheinlich Widerstand zu entwickeln. "

Die Modellvorhersagen, Rosenbloom erläutert, kann dann als Leitfaden für Forscher dienen, wie sie zusammenarbeiten, um neue Medikamenten-Cocktails zur Bekämpfung von HIV zu entwickeln.

Während ihr Modell tut geben zur Hoffnung Anlass zur Vereinfachung der Prozess der Gestaltung Droge " Cocktails ", Hill und Rosenbloom , sagte sie planen, auch weiterhin das Modell zu verfeinern , um zusätzliche Faktoren - wie mehrfache Mutante -resistente Stämme des Virus und unterschiedlichen Wirkstoffkonzentrationen in andere Teile des Körpers - in Kraft .

" Der Prototyp wir bisher betrachtet Konzentrationen von Wirkstoffen im Blutplasma ", erklärt Rosenbloom . "Aber eine Reihe von Medikamenten dringen nicht in andere Teile des Körpers , wie das Gehirn oder Darm , mit der gleichen Effizienz , also ist es wichtig, diese anderen Bereiche, in denen die Konzentrationen der Medikamente möglicherweise nicht so hoch sein, zu modellieren. "

Letztlich aber beide sagen, ihr Modell können neue Hoffnung für Patienten , indem Ärzte entwerfen besser , billiger und effizienter Behandlungen anbieten .

" In den vergangenen 10 Jahren hat sich die Zahl der HIV-infizierten Menschen erhalten medikamentöse Behandlung enorm gestiegen ", sagte Hill . " Herauszufinden, was der beste Weg sind , um Menschen in Bezug auf Wirtschaftlichkeit, Einhaltung und die Möglichkeit der Resistenzentwicklung wird sich noch mehr an Bedeutung zu behandeln. "