La seguridad es imprescindible antes de administrar nuevos medicamentos a los pacientes, razón por la cual los medicamentos se prueban en millones de animales en todo el mundo cada año para detectar posibles riesgos y efectos secundarios. Pero la investigación muestra que las simulaciones por computadora del corazón tienen el potencial de mejorar el desarrollo de fármacos para los pacientes y reducir la necesidad de realizar pruebas en animales.
Hasta la fecha, la experimentación con animales ha sido la estrategia más precisa y confiable para verificar nuevos medicamentos, pero es costosa, requiere mucho tiempo y, para algunos, es muy controvertida.
También existe la posibilidad de que se pierdan algunos efectos secundarios debido a las diferencias entre animales y humanos. Los ensayos con medicamentos son particularmente problemáticos por esta razón y está claro que se necesitan nuevos métodos de prueba para permitir el desarrollo de medicamentos mejores y más seguros.
Humanos y otros animales
Una variedad de especies de animales, incluidas ratas, ratones, conejos, cobayas, perros y cerdos, se utilizan cada año en el desarrollo de fármacos para predecir los posibles efectos secundarios para el corazón en los humanos.
Pero aunque la biología subyacente es similar, las pequeñas diferencias entre las células animales y humanas se amplifican cuando un paciente toma un medicamento. Significa que la predicción del riesgo para los pacientes se limita a una tasa de precisión de alrededor (75 a 85 por ciento), según la investigación, y también conduce a la retirada de medicamentos del mercado debido a problemas de seguridad cardiovascular.
Sin embargo, ahora es posible probar un nuevo medicamento para el corazón en un "humano virtual". Nuestra reciente investigación en el Departamento de Informática de la Universidad de Oxford demuestra que los modelos computacionales que representan las células del corazón humano muestran una mayor precisión (89-96 por ciento) que los modelos animales al predecir un efecto adverso del medicamento, como arritmias peligrosas, donde el latido del corazón se vuelve irregular y puede detenerse.
Muestra que los modelos computacionales humanos traerían ventajas adicionales al reducir el uso de experimentos con animales en las primeras etapas de las pruebas de drogas; mejorar la seguridad de los medicamentos, reduciendo así el riesgo para los pacientes durante los ensayos clínicos; y acelerar el desarrollo de medicamentos para pacientes que necesitan atención médica urgente.
Modelos de computadora del corazón
El biólogo británico Denis Noble comenzó a experimentar con modelos informáticos del corazón en Oxford en 1960. Desde entonces, la tecnología ha evolucionado y está lista para integrarse en entornos industriales y clínicos.
Gracias a los datos experimentales humanos, los modelos informáticos humanos ahora están disponibles en diferentes escalas, desde células individuales hasta corazones completos, y se pueden usar para explorar el comportamiento del corazón humano en condiciones saludables o enfermas, y bajo la acción de medicamentos.
En lugar de un método de modelo único, también hay nuevos enfoques basados en la población. Todos somos diferentes, y algunas drogas pueden tener efectos secundarios dañinos solo para ciertas partes de la población, como las personas con una mutación o enfermedad genética específica.
El estudio realizado por el equipo de Computational Cardiovascular Science demostró que los modelos informáticos humanos de células cardíacas son más precisos que los experimentos con animales para predecir los efectos secundarios inducidos por medicamentos para el corazón en humanos. Esta investigación ganó un premio internacional debido a su potencial para reemplazar la experimentación con animales en laboratorios.
Incorporamos la tecnología al software, denominado Virtual Assay, que es fácil de usar para los no expertos en modelado y simulación.
El software ofrece una interfaz de usuario simple para Microsoft Windows en la que se puede construir una población de control de células cardíacas sanas con propiedades específicas, basadas en datos humanos. Luego se puede utilizar para ejecutar ensayos de drogas simulados por computadora, conocidos como in silico, antes de analizar los resultados. Todo el proceso es muy rápido: lleva menos de cinco minutos usar una computadora portátil moderna para probar un medicamento en una población de 100 modelos de células cardíacas humanas.
Varias compañías farmacéuticas ya están utilizando y evaluando Virtual Assay, que está disponible con una licencia académica gratuita y puede ser utilizado por médicos y compañías farmacéuticas.
Esta investigación es parte de un movimiento más amplio hacia la integración de modelos informáticos para pruebas de seguridad de drogas que incluye la iniciativa Ensayo integral de proarritmia in vitro, promovida por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. Y otras organizaciones.
Empujando los límites de la informática
Si bien las simulaciones de células cardíacas pueden ejecutarse en unos pocos minutos, los modelos de computadora en 3D de todo el corazón aún requieren una gran cantidad de potencia computacional. Un latido, por ejemplo, puede tomar aproximadamente tres horas en una supercomputadora con casi 1, 000 procesadores.
Ahora estamos trabajando en simulaciones 3D del corazón para explorar la seguridad y la eficacia cardíaca de los medicamentos a mayor escala. Incluye una exploración de enfermedades, como la isquemia aguda, donde se obstruye el flujo sanguíneo en una de las arterias alrededor del corazón. Esta investigación también forma parte del proyecto europeo CompBioMed para construir modelos informáticos para todo el cuerpo humano: un humano virtual.
Al reunir a la academia, la industria farmacéutica y las agencias reguladoras, esperamos acelerar la adopción de metodologías in silico basadas en humanos para la evaluación de la seguridad y eficacia de los medicamentos cardíacos.
Las simulaciones por computadora son una alternativa más rápida, más barata y efectiva a los experimentos con animales, y pronto jugarán un papel importante en las primeras etapas del desarrollo de fármacos.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.
Elisa Passini, Investigadora Asociada Senior, Universidad de Oxford.
Blanca Rodríguez, Wellcome Trust Investigadora principal en Ciencias Biomédicas Básicas, Profesora de Medicina Computacional, Investigadora principal dentro del BHF CRE, Universidad de Oxford.
Patricia Benito, Universidad de Oxford
