Jeigu auglys sugeba įsiskverbti į gyvūno smegenis, jis tai padarė ypač meistriškai. Jis slepiasi už vienos galingiausių barjerų, kuriomis kūnas saugo savo svarbiausius organus: kraujo-smegenų barjerą, kuris yra labai selektyvus filtras, praleidžiantis tik tam tikras medžiagas. Dauguma vaistų į šį sąrašą nepatenka. Medicina susiduria su dideliu iššūkiu rasti veiksmingą chemoterapiją smegenų augliams.
Pastaraisiais metais medicininiai tyrimai rado daug žadančią sąjungininkę: nanotechnologiją. Nanomedžiagos gali, vaizdžiai kalbant, atlikti paštininkų vaidmenį, pristatančių veikliąsias medžiagas į norimą vietą. Kadangi nanodalelės yra neįtikėtinai mažos – maždaug 500 kartų mažesnės nei plauko skersmuo – kai kurios sugeba praeiti pro kūno apsauginius barjerus, jų nesužeidendamos. Pavyzdžiui, nanodalelės gali transportuoti chemoterapinius agentus per kraujo- smegenų barjerą į smegenis, kur jie gali kovoti su smegenų augliu.
Nano medžiagos
paieška
Tačiau nanodalelės turi atitikti specifinius reikalavimus pagal savo paskirtį: priklausomai nuo formos,
medžiagų sudėties ir dydžio, jos pasiskirsto skirtingai ir kaupiasi įvairiuose organuose. Reikia
nustatyti, kurios dalelės geriausiai atlieka užduotį, darydamos minimalų žalos. Iki šiol mokslininkai
naudojo gyvūnų modelius, dažniausiai peles, šiems klausimams nagrinėti. Jie suleisdavo pelių
organizmui įvairias nanomedžiagas ir stebėjo, kaip jos pasiskirsto ir kokie šalutiniai poveikiai
atsiranda. Bet šie tyrimai nėra tik sudėtingi, ilgi ir brangūs, bet ir etikos požiūriu problemiški. Be
priežasties Šveicarijos gyvūnų apsaugos įstatymas reikalauja, kad bandymų su gyvūnais skaičius
būtų sumažintas iki būtino minimumo.
DI pelės su lemiama nauda
Empa mokslininkė Jimeng Wu, doktorantė „Nanomaterials in Health“ ir „Technology and Society“
departamentuose, sukūrė virtualią pelę, kurioje tokius tyrimus galima atlikti daug greičiau naudojant
DI. Šitam vadinamam fiziologiniu pagrindu farmakokinetikos modeliui (PBPK modeliui) Wu pasitelkė
18 pelių tyrimų kaip pagrindą, tai yra, duomenis iš įvairių mokslininkų komandų bandymų su
„tikrosiomis“ pelėmis. Be to, ji į modelį įtraukė statistinį metodą – bayęsio analizę su Markovo
grandinės Monte Karlo simuliacijomis.
Rezultatas yra virtuali pelė, kuriai galima – irgi virtualiai – suleisti nanodalelių. Po to modelis apskaičiuoja jų pasiskirstymą pelės kūne pagal jų savybes, pavyzdžiui, dydį, dengiamąjį sluoksnį ir paviršiaus krūvį. Palyginti su tradiciniu PBPK modeliu, kuris kalibruojamas tik vienai medžiagai, Wu DI pelė turi lemiamą pranašumą: „Modelis gali pritaikyti savo parametrus priklausomai nuo atitinkamos nanodalelės matuojamų savybių“, paaiškina Jimeng Wu. Ši gebėjimą įrankis įgijo „daugiamatyčio linearaus regresijos modelio“ – mašininio mokymosi metodikos – dėka.
Indėlis į „Saugumą ir tvarumą pagal dizainą“
„Šis DI pagrįstas atrankos įrankis leidžia mokslininkams virtualiai patikrinti, kokie nanodaleliai
geriausiai tinka konkrečiai užduočiai, prieš net pradedant juos gaminti“, tęsia Jimeng Wu. Tai ne tik
taupo laiką, bet ir pinigus, nes suteikia pagalbos sprendimui prieš pradedant brangius klinikinius
tyrimus.
„Taip modelis prisideda prie „Saugumo ir tvarumo pagal dizainą“ (SSbD) koncepcijos, papildo Peter Wick, kuris kartu su kolega Bernd Nowack vadovauja Jimeng Wu doktorantūrai. Virtuali pelė padidina naujų medžiagų ir terapijų saugumą dar prieš jų kūrimą. Tačiau Empa mokslininkas pažymi, kad duomenų rinkinys, su kuriuo modelis treniruotas, dar labai mažas: iki šiol buvo rasti tik 18 „peer-reviewed“ straipsnių, kurių duomenų kokybė buvo pakankama. „Daugelyje tyrimų nanodalelių savybės nėra pakankamai aprašytos“, jis pažymi. Dabar reikia papildyti virtualią pelę papildomais studijų duomenimis ir patikrinti, siekiant padidinti prognozių patikimumą. „Mūsų tolimesnis tikslas yra sutrumpinti nanomedicininių medžiagų kūrimo procesą iki jų taikymo pacientui ar pacientei, ir kiek įmanoma išvengti bandymų su gyvūnais“, pabrėžia jis.
Modelio pritaikymas žmogaus
tyrimams
Jimeng Wu būsima tyrimų veikla taip pat apims vadinamąją „tiltų strategiją“, siekiant perkelti jos in
silico modelio principą į žmogaus tyrimus. Ji planuoja įtraukti virtualios pelės principus į žmogaus
PBPK modelį. Skirtingai nuo jos DI pelės, kuri skaičiuoja nanodalelių paskirstymą tik kepenyse,
inkstuose, plaučiuose ir blužnyje, žmogaus in silico modelis galėtų būti naudojamas jautrių tikslinių
organų tyrimui – pavyzdžiui, siekiant ištirti, kiek tam tikros nanodalelės gali pereiti kraujo-smegenų
barjerą. Taigi, pradžioje paminėtas smegenų auglys už šio barjero nebegalės jaustis saugus –
nanodalelės galėtų jam perduoti siuntinį su tiksliniu chemoterapijos doze.
Medijų
kontaktas:
Mirjam Schwaller
Komunikacija
Tel. +41 58 765 4386
redaktion@empa.ch