Simulación a gran escala de la sangre. Avances en medicina personalizada.
Tener una copia virtual de la sangre de un paciente en un ordenador sería una gran ayuda para los investigadores y médicos. Se podría examinar un ataque al corazón simulado, causado por la coagulación de la sangre en una arteria coronaria y ver si un fármaco podría ser eficaz para reducir el tamaño de tales un coágulo.
Un equipo de ingenieros biomédicos y hematólogos de la Universidad de Pennsylvania ha hecho simulaciones específicas a gran escala de la sangre de pacientes bajo las condiciones de flujo en que se hallan en los vasos sanguíneos.
La información sobre cómo las plaquetas forman coágulos de sangre en la simulación, puede ser una parte vital de la atención. Normalmente, los coágulos previenen un sangrado, pero también pueden causar ataques cardíacos cuando se forman en las arterias coronarias. Diversos fármacos, incluyendo la aspirina, se utilizan para reducir el tamaño de estos coágulos y prevenir ataques al corazón, pero, como las plaquetas difieren de persona a persona, la eficacia de dichos fármacos difiere también.
"Las plaquetas se comportan como un equipo y como tal, toman muchas decisiones, algunas de ellas complejas" afirma Scott Diamond. "Nos interesaba saber si podíamos hacer suficientes mediciones en el laboratorio para detectar las pequeñas diferencias que hacen que cada uno de nosotros seamos únicos. Sería imposible hacer esto con las células del hígado, corazón o el cerebro. Sin embargo, podemos obtener fácilmente una muestra de sangre de cada donante y realizar las pruebas para liberar el calcio de las plaquetas ".
Cuando las plaquetas de la sangre están expuestas a una herida o, una situación más grave, éstas responden elevando el nivel interno de calcio, lo cual provoca la liberación de dos productos químicos, tromboxano y ADP. Estos dos agentes activos mejoran los niveles de calcio, siendo los objetivos comunes de los antiagregantes plaquetarios como la aspirina o clopidogrel, también conocido como Plavix. Evitando que las plaquetas aumenten sus niveles de calcio, estos medicamentos hacen que sean menos capaces de unirse y bloquear los vasos sanguíneos, disminuyendo la probabilidad de un ataque al corazón.
Puesto que la sangre es un líquido, los robots de manejo de líquidos desarrollados originalmente para las pruebas de detección de drogas eran ideales para probar la función de las plaquetas.
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"Utilizamos una técnica desarrollada en nuestro laboratorio llamado" pairwise agonist scanning' en las plaquetas de tres donantes diferentes para generar una gran cantidad de datos de cómo las células respondían a los diferentes pares de estos agentes de activación ", dijo Diamond. "Hemos preparado modelos de redes neuronales para cada uno de los donantes sobre la base de estos datos para simular cómo cada célula de sangre responde ante un coágulo".
Esta es la primera vez que ha sido posible predecir la coagulación de la sangre utilizando plaquetas específicas de cada paciente. La simulación por ordenador a multi-escala para cada donante predijo las respuestas a los fármacos con gran precisión.
"Hemos identificado incluso una persona que era resistente a la aspirina", dijo Diamond, "y luego descubrimos una nueva mutación genética del gen receptor de tromboxano".
El desarrollo de ecuaciones y algoritmos para el modelo de flujo de sangre reactivo será muy útil en la predicción de los riesgos clínicos, la respuesta de medicinas y nuevos mecanismos de la enfermedad y en el diseño de dispositivos biomédicos.
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