Клинические исследования in silico

Концепция исследований in silico, в которых вместо реальных людей строятся цифровые модели групп пациентов, немного напоминает то, как виртуальные популяции строятся в компьютерной игре The Sims.

Исследования in silico могли бы революционизировать клинические исследования, сократив время и затраты на разработку новых медицинских устройств и лекарств, а также снизив вред для человека и животных при тестировании.

Виртуальные популяции пациентов создаются на основе клинических баз данных, отражающих возраст, пол и этническую принадлежность. Они также имитируют влияние болезни на организм человека: например, анатомические, физические, физиологические и биохимические взаимодействия. Эти модели затем используются для имитации воздействия лекарств и вмешательств.

Международная группа исследователей изучила, может ли исследование in silico повторить результаты трех реальных клинических исследований, в которых оценивалась эффективность так называемого отклонителя потока, используемого при лечении аневризм головного мозга.

Отклонитель потока инициирует выздоровление

Отклонитель потока – небольшая гибкая сетчатая трубка, устанавливаемая в зоне аневризмы с помощью катетера. Устройство направляет кровь вдоль кровеносного сосуда и ограничивает поток в полость аневризмы, инициируя процесс свертывания, который в конечном итоге отсекает аневризму от кровообращения.

Кровеносный сосуд с аневризмой. Слева: кровь течет через аневризму; справа: установленное устройство направляет кровь мимо аневризмы.

Чтобы доказать свою концепцию, исследователи решили проверить, согласуются ли результаты их исследования in silico с результатами трех крупных клинических исследований эффективности отклонителей потока.

«Участники» виртуального исследования

Исследователи построили виртуальную популяцию, используя реальные данные пациентов, взятые из клинических баз данных, подчеркивая, что анонимизированные виртуальные пациенты очень похожи на пациентов, участвовавших в реальных клинических исследованиях отклонителя потока с точки зрения возраста, пола и характеристик аневризмы.

Затем исследователи построили компьютерную модель, которая позволила произвести анализ влияния имплантированного устройства на кровоток каждого из виртуальных пациентов. Они смогли учесть различные условия для каждого пациента, например, нормальное или повышенное артериальное давление, и выполнить анализ подгрупп пациентов, например, пациентов с крупными аневризмами или аневризмами на разветвлении кровеносного сосуда.

В исследование in silico было включено 82 виртуальных случая.

В традиционных клинических исследованиях приняли участие 109, 141 и 207 пациентов соответственно. Примерно у половины участников наблюдалось повышенное артериальное давление.

По результатам исследования in silico у 82,9% виртуальных пациентов с нормальным артериальным давлением лечение с помощью отклонителя потока было успешным. В традиционных клинических исследованиях доля пациентов, отреагировавших на лечение, составила 86,8%, 74,8% и 76,8% соответственно, что свидетельствует о том, что исследование in silico повторило результаты традиционных клинических исследований.

Преимущества исследований in silico

Результаты данной работы демонстрируют огромный потенциал исследований in silico, этот подход смог воспроизвести результаты традиционных клинических исследований быстрее и за меньшие деньги.

В ходе исследования in silico исследователи также смогли адаптировать компьютерную модель для изучения других научных вопросов. Так, моделируя физические параметры кровотока и биохимические характеристики свертываемости крови в аневризмах при различных физиологических условиях, исследователи смогли выделить подгруппы пациентов с более высоким риском инсульта: пациенты с более крупными аневризмами сложной формы имели высокий риск геморрагического инсульта, а пациенты с артериальной гипертензией – более высокий риск ишемического инсульта вследствие тромбоза.

Способность предварительно анализировать работу медицинского устройства позволит инженерам-биомедикам оптимизировать конструкцию устройства и снизить риски, связанные с лечением.

Статья A.Sarrami-Foroushani et al. In-silico trial of intracranial flow diverters replicates and expands insights from conventional clinical trials опубликована в журнале Nature Communications.

Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам University of Leeds: 'Huge potential' in virtual clinical trials.