5 июля 2013

Долговременные последствия действия вещества in vivo

Делается попытка на основании экспрессных экспериментов на моделях in vitro предсказать долговременные последствия действия вещества in vivo. При решении задач такого рода требуются математические модели, которые позволяют связать макроскопическое явление, развивающееся в течение продолжительного времени с быстротечными элементарными микропроцессами.

Хорошо известно, что такой подход в последнее время интенсивно и плодотворно разрабатывается для проникновения в суть ряда физических и физико-химических процессов (например, адсорбции, образования дефектов в твердых телах при механической нагрузке, электрическом пробое и т. д.).

Во всех этих случаях микрофизический процесс моделируется численными методами (объектами моделирования являются отдельные атомы и молекулы и «события» их «жизни» типа отдельных столкновений, разрывов связей) и далее прослеживается развитие этих процессов во времени вплоть до образования макроскопических следствий (например, трещин в твердом теле, изменения поверхностного натяжения при адсорбции).

Такой подход позволяет выдвигать и доказывать гипотезы о зависимости моделируемых явлений от микроскопических параметров системы.

Такого же рода подход осуществляется и при анализе микроэволюционных процессов в популяциях. Эта методология может быть реализована и в отношении биологических явлений, которые служат для определения биологической активности ХС. В этом случае наблюдаемыми микрообъектами при моделировании будут клетки, событиями — те или иные микропроцессы взаимодействия клеток (например, установление и разрушение межклеточных контактов, деление клетки, ее гибель). Макро-процессами в этом случае могут быть, например, возникновение и развитие опухоли, образование язвы, заживление раны и т. д.

Моделирование является мощнейшим методом как выяснения клеточных механизмов морфогенетических процессов, так и поиска веществ, обладающих морфогенетическими видами биологической активности. В последнем случае ход работы может быть подразделен на следующие этапы. На основании эвристической гипотезы о связи событий клеточного уровня и морфогенетического макропроцесса строится математическая модель.

Проигрывание вариантов этой модели, сопоставление предсказаний с результатами экспериментов, планируемых с помощью модели, позволяет уточнить, конкретизировать эвристическую гипотезу и доказать ее правильность. Завершение этого этапа работы дает возможность создать необходимую и достаточную систему тест-объектов и методов для обнаружения и классификации соответствующего вида биологической активности.

Математическая модель такого рода позволяет целесообразно индивидуализировать применение соответствующих лекарственных и профилактических средств в клинике. Впрочем, это — общая особенность, присущая всему направлению математического моделирования при определении биологической активности ХС. Наличие хорошей математической модели сложной регуляционной системы или многостадийного процесса намного облегчает и делает гораздо эффективнее применение найденных веществ с данной биологической активностью в клинике (или для решения экологических задач).

Модель при достаточно полном клинико-лабораторном исследовании пациента позволяет индивидуализировать применение этих лекарственных веществ.

Это важно при профилактике и лечении хронических болезней: онкологических, эндокринологических, иммунопатологий, психиатрических, нарушений сердечно-сосудистой системы и т. д. Например, анти- аритмическая активность веществ детально характеризуется в экспериментах и анализируется посредством математической модели распространения электрического возбуждения по мембране миокарда, построенной на основании представлений Ходжкина — Хаксли.

Это позволяет выяснить, на какие именно элементарные естественные параметры возбудимой мембраны и как влияет ХС.

Подобная математическая модель и некоторые дополнительные математические построения дают, например, возможность по данным электрокардиографии выяснить, какие именно параметры сердечной мышцы изменены у больного. Получаемая таким образом информация позволяет рекомендовать для лечения этого пациента именно те антиаритмические средства, которые влияют в нужную сторону на изменение электрофизиологических параметров его сердечной мышцы.


«Биологически активные вещества»,
Г.М.Баренбойм, А.Г.Маленков



Моделирование состояний — задача, которую для большинства случаев еще предстоит решать. Только АСК ХС обладает достаточной производительностью, чтобы установить характер и степень адекватности состояний модели in vitro и состояний in vivo в отношении большого массива ХС. Поэтому мы вынуждены ограничиться пока лишь кратким упоминанием основных способов создания моделей состояний. Первый способ состоит в том, что…

2- й пример. Пусть энергетика клетки является той системой, которую требуется представить параметрически. Набор состояний порожден в ходе морфогенетических процессов (нормальных и патологических) на основе, например, ткани печени. Самой экономной (а именно к наиболее экономному, но полному представлению всегда и следует стремиться) системой параметров будет в этом случае, вероятно, следующая: отношение активности суммарной гексокиназы к…

Рассмотрим на примерах, как можно определить систему представительных характеристик и параметров для спектра состояний и моделировать эти состояния: 1-й пример. Пусть межклеточный контакт является той биофизической системой, которую надо описать параметрически. Пусть объектами являются эпителиальные ткани лабораторных животных (или человека) во всем их разнообразии, порождаемом морфогенетическими, физиологическими и генетико-популяционными процессами. В качестве основной характеристики межклеточного…

Активность этого фермента существенно детерминируется генетически. В распределении популяции людей по активности этого фермента существуют два максимума, соответствующие низкой и высокой активности фермента; это можно рассматривать как отражение «генетически определенных состояний». Определив у ХС способность образовывать комплексы с медью, можно предсказать опасность того, что при длительном употреблении этот препарат может вызвать лекарственную волчанку у лиц…

Учет всех подобных особенностей реакций организма на ХС с определенным видом активности в зависимости от состояния, даже в форме вероятностного предсказания, имеет очень большое практическое значение. Такое предсказание может сделать гораздо более содержательными и одновременно дешевыми последующие испытания на животных, более безопасными клинические испытания и дальнейшее клиническое использование. Вместе с тем очевидно, что в общем…