Математическая модель поможет эффективно подобрать лекарства против ВИЧ

Врачи, на протяжении многих лет занимающиеся лечением ВИЧ-инфицированных больных, давно обнаружили, что существует взаимосвязь между строгостью соблюдения пациентами курса лечения и вероятностью выработки вирусом устойчивости к лекарственным препаратам. Результаты недавнего исследования ученых из Гарвардского Университета (Harvard University) (США) показали, что эта взаимосвязь различается для разных препаратов. Ученые создали математическую модель, которая даст возможность врачам подобрать пациенту наиболее эффективное медикаментозное лечение для лучшего контроля над заболеванием.

Группа исследователей под руководством Мартина Новака (Martin Nowak), профессора Математики и Биологии и директора Программы Эволюционной Динамики, разработала методику для врачей-исследователей, которая способна моделировать эффекты различных веществ и предсказывать, вызовут ли они развитие устойчивости у вируса. Статья опубликована в журнале Nature Medicine.

«В своей работе мы продемонстрировали методику для прогнозирования вероятности развития у пациента устойчивости к медикаменту при определенном режиме приема препаратов посредством моделирования, - рассказывает Элисон Хилл (Alison Hill), аспирантка по биофизике, одна из первых авторов статьи, - По сравнению с длительными и дорогостоящими клиническими испытаниями, этот метод предлагает относительно легкий способ прогнозирования. Кроме того, выяснилось, что наши результаты совпадают с клиническими наблюдениями врачей».

«Это математический инструмент, который поможет в дизайне клинических испытаний, - рассказывает Новак, - В настоящее время исследователи разрабатывают комбинированную терапию методом проб и ошибок. Наш подход основан на математическом понимании эволюции и делает процесс более близким к инженерии».

Однако создание модели, которая может составлять подобные предсказания достаточно точно, требует огромного количества данных.

Для получения необходимых данных Хилл совместно с еще одним соавтором, аспирантом по Организменной и Эволюционной Биологии Даниэлем Шоулс Розенблумом (Daniel Scholes Rosenbloom), обратились в Медицинскую Школу при Университете Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University Medical School), где исследователи под руководством профессора медицины и молекулярной биологии и генетики Роберта Ф. Силициано (Robert F. Siliciano) работают над изучением реакции ВИЧ на изменяющиеся дозы лекарственных препаратов.

Полученные данные стали критическими для создания модели, поскольку уровень препарата у пациентов, даже точно следующих предписаниям, различается. Когда уровень препарата в крови ниже, как это бывает между приемами, или если прием пропущен, у вируса появляется возможность размножаться и расти. Более высокие уровни препарата, наоборот, могут удерживать вирус под контролем, но они также и повышают риск возникновения мутантных копий вируса, приводящих к развитию устойчивости к препарату.

Получив данные из Университета Джонса Хопкинса, ученые создали компьютерную модель, которая способна прогнозировать возможность и скорость роста вируса на основе того, насколько точно пациент придерживается режима приема препаратов.

«Наша модель – по сути симуляция того, что происходит при лечении лекарственными препаратами, - рассказывает Розенблум, - Мы создали некоторое число условных пациентов, каждый из которых обладает различными особенностями, и предположили: «Представим, что эти пациенты придерживаются предписаний на 60% – принимают 60% таблеток от назначенных». Наша модель может подсказать, как изменяется концентрация препарата с течением времени, на основании чего мы сможем понять, размножается ли вирус или отступает, и какова вероятность развития устойчивости к препаратам».

Как объясняет Розенблум, прогностическая модель может служить в качестве руководства для исследователей в их работе над созданием комбинированных препаратов для борьбы с ВИЧ.

Поскольку модель позволяет надеяться на упрощение процесса создания комбинаций лекарственных препаратов, по словам Хилл и Розенблума, они планируют продолжить работу и учитывать в модели другие дополнительные факторы, такие как штаммы вируса с множественной устойчивостью и различные концентрации препаратов в разных частях тела.

«Прототип, который есть у нас сейчас, учитывает концентрацию препаратов в плазме крови, - объясняет Розенблум, - Однако многие препараты не попадают в другие органы, как, например, мозг или кишечник, с такой же эффективностью, поэтому важно учитывать, что концентрация препарата в других частях тела может быть невысока».

В конечном счете, говорят оба исследователя, их модель поможет клиницистам подбирать лучшие, более дешевые и более эффективные препараты.

«За последние 10 лет число ВИЧ-инфицированных пациентов, принимающих лекарства, выросло необычайно, - говорит Хилл, - Поиск наилучших способов лечения пациентов с точки зрения эффективной стоимости, точности и шанса развития устойчивости, должен стать приоритетным направлением в этой области».

ВИЧ, инфицирующий Т4-лимфоцит. Вирус встраивает свой генетический материал в ДНК клетки-хозяина, после чего инфицированная клетка производит копии ВИЧ. (фото: iStockphoto/Medical Art Inc.)

По материалам Harvard University

Оригинальная статья:
Daniel I S Rosenbloom, Alison L Hill, S Alireza Rabi, Robert F Siliciano, Martin A Nowak. Antiretroviral dynamics determines HIV evolution and predicts therapy outcome. Nature Medicine, 2012; DOI: 10.1038/nm.2892