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数学模型预测心脏病发作药物治疗的疗效

时间：2022-07-26 10:17:53 来源：网络整理

据俄亥俄州立大学的研究人员称，新的模型预测了几种有用的新药物组合，可能有一天有助于治疗心脏病发作。

这种心血管疾病通常是由冠状动脉堵塞引起的——冠状动脉是向心脏供血的血管——每年有超过80万美国人经历过这种疾病，大约30%的人最终死亡。但即使对那些活下来的人来说，这些攻击对心脏肌肉造成的伤害是永久性的，并可能导致危险的心脏受影响区域的炎症。

恢复血液流向这些阻塞的心脏通道的治疗通常包括手术和药物，也就是所谓的再灌注治疗。该研究的第一作者、俄亥俄州立大学生物医学工程博士后尼古拉·莫伊兹(Nicolae Moise)表示，该研究使用数学算法来评估用于对抗许多患者在发作后经历的潜在致命炎症的药物的疗效。

“生物学和医学开始变得更加数学化，”莫伊兹说。“数据太多了，你需要开始将其整合到某种框架中。”虽然莫伊兹也曾研究过其他动物心脏的数学模型，但他说，目前这篇论文中详细描述的框架是迄今为止制作的最详细的小鼠心肌梗死示意图。

这项研究发表在《理论生物学杂志》上。

莫伊兹的团队利用之前的动物研究数据建立了以一系列微分方程为代表的模型。在医学上，常用微分方程以图形的形式监测疾病的发展。

但这项研究选择了特定的免疫细胞，如心肌细胞、中性粒细胞和巨噬细胞——这些细胞对抗击感染和抗击坏死(心脏毒性损伤)至关重要——在一个月的时间内对四种不同的免疫调节药物做出反应。这些药物被设计用来抑制免疫系统，这样它就不会在受损的心脏部位引起破坏性的炎症。

这项研究集中在药物治疗小鼠一小时后的疗效。

他们的发现表明，这些药物抑制剂的某些组合在减少炎症方面比其他组合更有效。“在医学上，数学和方程可以用来描述这些系统，”莫伊兹说。“你只需要观察，你就会发现规则和它们之间的连贯故事。

他说:“通过我们在模型中研究的治疗方法，我们可以让患者的结果更好，即使使用现有的最好的医疗护理。”

根据患者事先的健康状况，心脏病发作可能需要6到8个月的时间才能痊愈。病人在最初几周接受的护理质量可能会决定他们康复之路的长短。

因为莫伊兹的模拟纯粹是理论，它不会很快导致治疗的改进。在他们的研究成果成为其他科学家的财富之前，还需要更精确的小鼠数据，但莫伊兹说，他确实设想这个模型成为对抗心脏病肆虐的潜在工具。

Moise说:“我们还需要几年的时间才能将这种方法真正融入实际的临床工作中。”“但我们正在做的是朝着这个目标迈出的第一步。”

这项研究的合著者是俄亥俄州立大学数学教授阿夫纳·弗里德曼(Avner Friedman)。这项研究得到了俄亥俄州立大学数学生物科学研究所和国家科学基金会的支持。

Journal Reference:

Nicolae Moise, Avner Friedman. A mathematical model of immunomodulatory treatment in myocardial infarction. Journal of Theoretical Biology, 2022; 544: 111122 DOI: 10.1016/j.jtbi.2022.111122


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