Virtueller Mensch bietet Einblicke in Wirksamkeit von HIV-Medikamenten
Von der EU geförderte Wissenschaftler haben den Prototypen eines "Virtuellen Physiologischen Menschen" (VPH, Virtual Physiological Human) eingesetzt, um die Wirksamkeit von HIV-Medikamenten beim Blockieren eines Schlüsselproteins des Virus zu simulieren. Zu dem VPH-Konzept gehört ein weltweiter Rechnerverbund, um die inneren Funktionen des menschlichen Körpers zu simulieren. Damit können Wissenschaftler die Wirkungen von Medikamenten studieren und beobachten, was auf den Ebenen der Organe, des Gewebes, der Zellen und Moleküle passiert. Zurzeit befindet sich VPH noch in einem frühen Entwicklungsstadium, aber die Forscher hoffen, dass Ärzte einmal in der Lage sein werden, es für die Entwicklung von personalisierten Behandlungen ihrer Patienten einzusetzen. In dieser jüngsten Studie haben Wissenschaftler vom University College London (UCL) Simulationen durchgeführt, um vorauszusagen, wie stark der HIV-hemmende Wirkstoff Saquinavir sich an drei Versionen eines viralen Proteins mit dem Namen HIV-1-Protease binden würde. Das Protein wird von dem Virus benutzt, um sich selber zu vermehren und mutierte Formen des Proteins werden mit Saquinavir-Resistenz in Verbindung gebracht. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Journal of the American Chemical Society veröffentlicht. Saquinavir ist nur einer von neun Wirkstoffen, die dazu dienen, HIV-1 Protease zu blockieren. Derzeit verfügen Ärzte über keine Methode, die Medikamente an das Virusprofil anzupassen, da es bei jedem Patienten mutiert. Stattdessen verschreiben sie die Wirkstoffe einfach in einer Abfolge und sehen dann anhand der Analyse der Immunreaktion des Patienten, ob sie anschlagen. In Zukunft könnte man von diesem systematischen Ausprobieren ablassen, da die Ärzte den virtuellen Menschen (VPH) nutzen könnten, um zu sehen, welcher Wirkstoff für jeden einzelnen Patienten der Wirksamste sein würde. Allerdings benötigen diese Simulationen eine immense Rechnerleistung; für die jüngste Studie wurde die Sequenz der Simulationen auf zahlreichen Supercomputern sowohl des britischen National Grid Service als auch des US-amerikanischen TeraGrid durchgeführt. Die Arbeit benötigte zwei Wochen und nahm dieselbe Rechnerleistung in Anspruch, die für eine langfristige Wettervorhersage benötigt wird. Die Wissenschaftler hoffen, dass technologische Fortschritte die Kosten für die Durchführung solcher Simulationen in Zukunft verringern werden, sodass sie von Krankenkassen bezahlt werden können. "Diese Studie stellt einen ersten Schritt hin zum letztlichen Ziel eines medizinischen "on-demand-Computings" dar. Hierbei könnten Ärzte eines Tages Supercomputing-Zeiten "ausleihen", um kritische Entscheidungen für lebensrettende Behandlungen zu treffen", erklärte Professor Peter Coveney vom UCL, der die Forschung leitete. "Beispielsweise könnte ein Arzt ein Assay für einen HIV-Patienten durchführen, um dessen Genotypen zu bestimmen und dann die Wirksamkeit der verfügbaren Wirkstoffe bei diesem einzuschätzen. Dies geschähe auf der Grundlage schneller Reihen groß angelegter Simulationen und würde dem Arzt eine entsprechende Anpassung der Behandlung ermöglichen." Professor Coveney und sein Team untersuchen jetzt alle anderen Proteasehemmer mit der gleichen Methode. Die EU-Unterstützung für die Studie kam aus dem Projekt ViroLab ("A virtual laboratory for decision support in viral diseases treatment" - Ein virtuelles Labor zur Entscheidungsunterstützung bei der Behandlung von Viruserkrankungen), das unter dem Themenbereich "Technologien der Informationsgesellschaft" des Sechsten Rahmenprogramms finanziert wird. Gleichzeitig ist Professor Coveney auch an der VPH-Initiative beteiligt, die 72 Millionen Euro aus dem Siebten Rahmenprogramm (RP7) erhält. Die Initiative will die Zusammenarbeit zwischen Ärzten und Wissenschaftlern zur Erforschung der Möglichkeiten von patientenspezifischen Medikamentenbehandlungen auf der Grundlage der neusten Modellierungs- und Simulationsmethoden anregen.
Länder
Vereinigtes Königreich