A segurança é imperativa antes de novos medicamentos serem dados aos pacientes - e é por isso que os medicamentos são testados em milhões de animais em todo o mundo a cada ano para detectar possíveis riscos e efeitos colaterais. Mas pesquisas mostram que simulações computadorizadas do coração têm o potencial de melhorar o desenvolvimento de medicamentos para pacientes e reduzir a necessidade de testes em animais.
O teste em animais tem sido, até o momento, a estratégia mais precisa e confiável para checar novos medicamentos, mas é caro, demorado e - para alguns - altamente controverso.
Há também o potencial para alguns efeitos colaterais a serem perdidos devido às diferenças entre animais e seres humanos. Os testes de drogas são particularmente problemáticos por este motivo e está claro que novos métodos de teste são necessários para permitir o desenvolvimento de medicamentos melhores e mais seguros.
Humanos e outros animais
Uma variedade de espécies de animais - incluindo ratos, camundongos, coelhos, porquinhos-da-índia, cães e porcos - é usada a cada ano no desenvolvimento de drogas para prever os possíveis efeitos colaterais para o coração em humanos.
Mas enquanto a biologia subjacente é semelhante, pequenas diferenças entre células animais e humanas são amplificadas quando um paciente toma um medicamento. Significa prever que o risco para os pacientes é limitado a uma taxa de precisão de cerca de 75 a 85 por cento, a pesquisa mostra, e também leva a retiradas de medicamentos do mercado por causa de questões de segurança cardiovascular.
No entanto, agora é possível testar um novo medicamento para o coração em um "ser humano virtual". Nossa recente pesquisa no Departamento de Ciência da Computação da Universidade de Oxford demonstra que os modelos computacionais que representam células cardíacas humanas apresentam maior precisão (89-96 por cento) do que modelos animais. na previsão de um efeito adverso do medicamento, como arritmias perigosas - onde o batimento cardíaco se torna irregular e pode parar.
Isso mostra que os modelos computacionais humanos trariam vantagens adicionais ao reduzir o uso de experimentos com animais nos estágios iniciais do teste de drogas; melhorar a segurança dos medicamentos, diminuindo assim o risco para os pacientes durante os ensaios clínicos; e acelerar o desenvolvimento de medicamentos para pacientes que necessitam urgentemente de cuidados de saúde.
Modelos de computador do coração
O biólogo britânico Denis Noble começou a experimentar com modelos de computador do coração em Oxford em 1960. Desde então, a tecnologia evoluiu e está pronta para ser integrada em ambientes industriais e clínicos.
Graças a dados experimentais humanos, modelos de computadores humanos estão agora disponíveis em diferentes escalas, de células individuais a corações inteiros, e podem ser usados para explorar o comportamento do coração humano em condições saudáveis ou doentes, e sob ação de drogas.
Em vez de um método de modelo único para todos, existem também novas abordagens baseadas na população. Todos são diferentes, e alguns medicamentos podem ter efeitos colaterais prejudiciais apenas para certas partes da população, como pessoas com uma mutação genética ou doença específica.
O estudo da equipe de Ciências Cardiovasculares Computacionais demonstrou que os modelos de células cardíacas em computadores humanos são mais precisos do que experimentos em animais para prever os efeitos colaterais induzidos por drogas para o coração em humanos. Esta pesquisa ganhou um prêmio internacional por causa de seu potencial para substituir testes em animais em laboratórios.
Incorporamos a tecnologia em software, apelidada de Virtual Assay, que é fácil para não especialistas usarem em modelagem e simulações.
O software oferece uma interface de usuário simples para o Microsoft Windows, na qual uma população de controle de células cardíacas saudáveis com propriedades específicas, baseadas em dados humanos, pode ser construída. Ele pode então ser usado para executar simulações computadorizadas - conhecidas como testes in-silico-droga, antes de analisar os resultados. Todo o processo é muito rápido: leva menos de cinco minutos usando um laptop moderno para testar uma droga em uma população de 100 modelos de células cardíacas humanas.
Várias empresas farmacêuticas já estão usando e avaliando o Virtual Assay, que está disponível com uma licença acadêmica gratuita e pode ser usado por médicos e empresas farmacêuticas.
Esta pesquisa é parte de um movimento mais amplo em direção à integração de modelos computacionais para testes de segurança de medicamentos, que inclui a iniciativa Comprehensive in vitro Proarrhythmia Assay, promovida pela Food and Drug Administration dos EUA e outras organizações.
Empurrando limites da ciência da computação
Embora as simulações de células cardíacas possam ser executadas em poucos minutos, os modelos computacionais 3D de todo o coração ainda requerem uma enorme quantidade de poder computacional. Um batimento cardíaco, por exemplo, pode levar cerca de três horas em um supercomputador com quase 1.000 processadores.
Estamos agora trabalhando em simulações em 3D do coração para explorar a segurança e a eficácia do medicamento em uma escala maior. Ele inclui uma exploração de doenças, como isquemia aguda - onde o fluxo de sangue em uma das artérias ao redor do coração é obstruído. Esta pesquisa também faz parte do projeto europeu CompBioMed para construir modelos computacionais para todo o corpo humano: um ser humano virtual.
Ao reunir a academia, a indústria farmacêutica e agências reguladoras, esperamos acelerar a adoção de metodologias in silico baseadas em humanos para a avaliação da segurança e eficácia de medicamentos cardíacos.
As simulações computacionais são uma alternativa mais rápida, barata e eficaz às experiências com animais - e logo terão um papel importante nos estágios iniciais do desenvolvimento de medicamentos.
Este artigo foi originalmente publicado no The Conversation.
Elisa Passini, pesquisadora associada sênior da Universidade de Oxford
Blanca Rodriguez, Wellcome Trust Pesquisador Sênior em Ciências Biomédicas Básicas, Professor de Medicina Computacional, Investigador Principal da BHF CRE, Universidade de Oxford
Patricia Benito, da Universidade de Oxford
