ایمن بودن داروها مسئله‌ی مهمی است که باید قبل از تجویز داروهای جدید به بیماران ارزیابی شود؛ در واقع همین امر، سالانه علت آزمایش داروها بر روی میلیون‌ها حیوان در سراسر جهان جهت تعیین خطرات احتمالی و عوارض جانبی است. اما تحقیقات نشان می‌دهد شبیه‌سازی‌های کامپیوتری قلب انسان، قابلیت استفاده در زمینه‌ی پیشرفت دارویی داشته و می‌توانند نیاز به آزمایش‌های حیوانی را کاهش دهند.
آزمایش‌های حیوانی تاکنون به عنوان دقیق‌ترین و مورداعتمادترین راه برای ارزیابی داروهای جدید تلقی شده‌اند؛ اما این آزما‌یش‌ها گران‌قیمت، زمان‌بر و در برخی موارد، فوق‌العاده بحث‌برانگیزند. هم‌چنین احتمال دارد برخی عوارض جانبی به علت تفاوت‌هایی که میان حیوانات و انسان وجود دارد، نادیده گرفته شوند. کارآزمایی‌های دارویی به همین دلیل مشکل‌آفرین بوده و مبرهن است که برای پیشرفت دارویی بهتر و تولید داروهای ایمن‌تر، روش‌های ارزیابی دارویی جدید موردنیاز است.
انسان و سایر حیوانات
گونه‌های متعددی از حیوانات از جمله رت، موش، خرگوش، خوکچه‌ی هندی، سگ و خوک، هر ساله در راستای پیشرفت دارویی جهت پیش‌بینی عوارض جانبی احتمالی داروها بر قلب انسان، مورد استفاده قرار می‌گیرند. با وجود زمینه‌ی زیستی مشابهی که بین این حیوانات و انسان وجود دارد، تفاوت‌های کوچک موجود بین سلول‌های انسانی و حیوانی حین مصرف یک دارو تقویت می‌گردند. این بدان معناست که پیش‌بینی خطر احتمالی برای بیماران با محدودیت دقت به میزان ۷۵ تا ۸۵ درصد مواجه است. این محدودیت به نوبه‌ی خود بنابر مسائل ایمنی مطرح در زمینه‌ی قلبی-عروقی، موجب برگشت دارو از بازار می‌شود.
حال این امکان وجود دارد که داروهای قلبی جدید را بر “بشر مجازی” آزمایش کنیم. مطالعه‌ی اخیر دپارتمان علوم کامپیوتر دانشگاه آکسفورد نشان می‌دهد، مدل‌های کامپیوتری معادل سلول‌های قلبی انسان نسبت به مدل‌های حیوانی دقت بالاتری (۸۹ تا ۹۶ درصد) در پیش‌بینی اثرات سوء دارویی هم‌چون آریتمی‌های خطرناک دارند.
مقاله‌ی مرتبط: تشخیص آریتمی قلبی به‌کمک اپل واچ
بنابراین مدل‌های کامپیوتری انسان افزون بر کاهش میزان آزمایش‌های حیوانی، مزایای بیش‌تری نیز در مراحل اولیه ارزیابی داروها خواهند داشت. از جمله بهبود ایمنی داروها و متعاقب آن، کاهش خطر تهدیدکننده‌ی بیماران در کارآزمایی‌های بالینی؛ افزایش سرعت پیشرفت دارویی در مواقع ضرورت و …
مدل‌های کامپیوتری قلب
Denis Noble، زیست‌شناس بریتانیایی، برای اولین بار آزمایش بر روی مدل‌های کامپیوتری قلب را در دهه‌ی ۱۹۶۰ در دانشگاه آکسفورد آغاز کرد. از آن زمان تاکنون تکنولوژی پیشرفت کرده و برای ادغام با پروژه در عرصه‌های صنعتی و بالینی آماده است. حال مدل‌های کامپیوتری انسان به مدد اطلاعات آزمایشگاهی بشر، در مقیاس‌های مختلف در دسترس هستند؛ از سطح سلولی گرفته تا قلب کامل. از این مدل‌ها می‌توان برای کاوش در ارتباط با عملکرد قلب انسان در شرایط سالم، بیمار و تحت درمان دارویی استفاده کرد.
با این روش به جای استفاده از یک مدل جامع می‌توان از مدل‌های مبتنی بر جمعیت استفاده کرد. هر فردی متفاوت از افراد دیگر بوده و برخی داروها می‌توانند تنها بر گروه‌های خاصی از جمعیت اثرات مضر داشته باشند؛ به عنوان مثال افراد دارای جهش ژنتیکی یا بیماری خاص.
مطالعه‌ی تیم تحقیقاتی نشان داد مدل‌های کامپیوتری سلول‌های قلبی در تعیین عوارض جانبی داروها بر قلب انسان نسبت به آزمایش‌های حیوانی بسیار دقیق‌ترند. این مطالعه به دلیل پتانسیل جایگزینی با آزمایش‌های حیوانی در آزمایشگاه‌ها، مؤفق به کسب جایزه‌ی بین‌المللی شده است. با ارتقای تکنولوژی به حالت نرم‌افزاری، به صورت آزمایش مجازی، امکان استفاده برای غیرمتخصصان نیز تسهیل گشته است.
در واقع نرم‌افزار یک رابط کاربری ساده برای مایکروسافت ویندوز ارائه می‌دهد که در آن می‌توان بر اساس اطلاعات قبلی، جمعیت کنترلی از سلول‌های قلبی سالم با ویژگی‌های خاص ساخت. بدین ترتیب می‌توان آن را برای انجام کارآزمایی‌های دارویی به صورت شبیه‌سازی شده‌ی کامپیوتری یا به عبارتی “سیلیکونی” مورد استفاده قرار داد. پروسه در حالت کلی بسیار سریع طی می‌شود؛ طوری که یک لپ‌تاپ مدرن برای آزمایش یک دارو بر جمعیت ۱۰۰تایی از مدل‌های سلولی قلب انسان به زمانی کم‌تر از ۵ دقیقه نیاز دارد. شزکت‌های داروسازی متعددی در حال حاضر از این آزمایش مجازی استفاده و آن را ارزیابی می‌کنند. نرم‌افزار مذکور تنها با یک مدرک آکادمیک مجاز بوده و می‌تواند توسط پزشکان بالینی و شرکت‌های داروسازی مورد استفاده قرار گیرد. این تحقیق تنها بخشی از پروژه‌ی گسترده‌ی استفاده از مدل‌های کامپیوتری در زمینه‌ی تأیید صلاحیت دارویی است که شامل پروژه‌ی CIPA۱ نیز می‌شود.
گام‌های آینده
درحالی که شبیه‌سازی سلول‌های قلبی در چند دقیقه صورت می‌گیرد، مدل‌های کامپیوتری سه‌بعدی از کل قلب هم‌چنان به میزان بالایی از قدرت محاسباتی نیاز دارند. به عنوان مثال، شبیه‌سازی یک ضربان قلب، در سوپرکامپیوتری با تقریباً هزار پردازشگر می‌تواند سه ساعت به طول بیانجامد.
حال تیم تحقیقات در حال کار کردن بر شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی قلبی است تا ایمنی داروهای قلبی و کارآیی آن‌ها را در مقیاسی بزرگ‌تر ارزیابی کند. این طرح مطالعه بر بیماری‌هایی هم‌چون ایسکمی حاد را نیز در نظر داشته و بخشی از پروژه‌ی European CompBioMed نیز می‌باشد. پروژه‌ی مذکور، ساخت مدل‌های کامپیوتری از کل بدن انسان به صورت بشر مجازی را در دستور کار دارد.
امید است با همکاری دانشگاهیان، صنعت داروسازی و آژانس‌های نظارتی بتوان به رونق روش‌های سیلیکونی در ارزیابی ایمنی و کارآیی داروهای قلبی کمک کرد. شبیه‌سازی کامپیوتری سریع‌تر، ارزان‌تر و جایگزینی کارآتر نسبت به آزمایش‌های حیوانی بوده و در آینده‌ی نزدیک، نقش مهمی در پیشرفت‌های دارویی ایفا خواهد کرد.
پی‌نوشت
۱-Comprehensive in vitro Proarrhythmia Assay initiative
