החולה הווירטואלי ינסה את התרופה
מרית סלוין , הארץ, חדשות וואלה!
קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/virtualmedicine.html
אחת התוצאות של המהפכה הטכנולוגית המסמנת את העידן שלאחר פיצוח הגנום האנושי, היא היבט חדש בכל הקשור לאופן פיתוח תרופות, שיתבסס על הבנה כיצד פועל הגוף האנושי והשינויים שחלים בו בצד התפתחות המחלה. במחלת הסרטן למשל, התרופות הכימותרפיות מבוססות על פיתוח שמרני בדרך של ניסוי וטעייה, שבה בודקים אם ובאיזה ריכוז חומרים שונים משפיעים על התקדמות המחלה. אבל גידולים סרטניים שונים מגיבים בדרכים שונות לתרופות, וגם התגובה לאותה תרופה שונה לעתים מאדם לאדם.
התפתחות סרטן בחולה היא תהליך מורכב, משינויים גנטיים בתא בודד ועד גידול שמתפתח ברקמה ומשפיע על תהליכים בגוף כולו. כל אחד מהשלבים האלה מסובך כשלעצמו, אך מה שהופך את המערכת כולה למסובכת עוד יותר הם יחסי הגומלין המורכבים בין התהליכים השונים, הכוללים גם את התגובה האישית של כל חולה.
כיצד אפשר להסתייע בכל הנתונים האלה ומתוך המורכבות הגדולה ליצור קישור בין מאפייני המחלה, המבנה הביולוגי של החולה והשפעתו על המחלה ובין האפשרויות השונות בטיפול הרפואי – וכך להתאים לחולה את הטיפול הטוב ביותר?
בשנים האחרונות התפתחה גישה חדשה בהתאמת הטיפול לחולה, המתרגמת את שלל הנתונים לשפה מתמטית וחישובית. בשיטה זו יוצרים חולה וירטואלי, שעליו נבדקות תרופות שונות, גם כן בצורה וירטואלית. כל הנתונים נבחנים באופן ממוחשב, ובסופו של דבר המערכת קובעת מהו הטיפול המתאים ביותר למצב נתון, באיזה מינון צריכות להינתן התרופות ומהם סיכויי ההצלחה של הטיפול בחולה זה או אחר.
אחת המובילים בתחום חדשני זה היא הביו-מתמטיקאית הפרופ' צביה אגור. ב-1999 הקימה אגור את המכון למחקר בביו-מתמטיקה רפואית וחברה מסחרית בשם "אופטימטה", במטרה לפתח שיטות וכלים לשיפור יכולת הניבוי בטיפול במחלות קשות. "פיתוח התרופות היום מבוסס רובו ככולו על שיטת ניסוי וטעייה. אנחנו חושבים שאם נצליח לתאר במחשב את התכונות הפיסיולוגיות, הפרמקולוגיות והפתולוגיות של יחסי תרופה-חולה, נוכל לנבא במדויק השפעות קצרות וארוכות טווח של משטרי טיפול בתרופה מסוימת, וכך יהיה אפשר להחליף את שיטת הניסוי והטעייה בשיטה מדויקת ומבוססת יותר, שתאפשר טיפולים פחות רעילים ויותר מבטיחים", אומרת אגור.
כיצד פועלת השיטה של אגור? ניקח לדוגמה בדיקה של השפעת טיפול אנטי-
סרטני. בשלב ראשון יוצרים במחשב חולה וירטואלי, שמקיים את התהליך הסרטני. בחולה מושתלים כל תכונות הגידול הנבדק: תהליכי גדילתו, יצירת צינורות דם בתוכו וכו'. כמו כן מתארים את התהליכים הפיסיולוגיים החשובים ביותר המאפיינים את הגידול. "אנחנו לומדים את כל הביולוגיה הידועה של מחלה מסוימת, וכשמבינים את המערכת הביולוגית, מתרגמים את הידע למשוואות מתמטיות ואותם מיד מתרגמים לשפת המחשב. יתרונה של הביו-מתמטיקה הוא להוציא מתוך התסבוכת את הגרעין הקובע את הדינמיקה של המערכת, ולתאר כל זאת בצורה נכונה ותמציתית. המערכת שלנו מתארת את החולה במאות משוואות, תוך התבססות על ההנחה שמרבית התהליכים הביולוגיים דומים בכל בני האדם, אם כי מתנהלים בקצב ייחודי לכל אדם ואדם", מסבירה אגור.
"אנחנו יכולים לתאר חולה אוניוורסלי במחלת הסרטן, אבל יש לנו היכולת הטכנולוגית להכניס למערכת שלנו גם את הנתונים האישיים של כל חולה, שמשפיעים על קצב התנהלות המחלה – כמו למשל נפח הגידול שלו, תמונת הדם ואפילו הרפרטואר הגנטי שלו. יש לנו אפשרות להפנים את כל אלה בחולה הווירטואלי ולבדוק כיצד משפיע עליו הטיפול באופן אישי", אומרת אגור.
השלב הבא הוא בניית מודל דומה לתרופה הנבדקת. בודקים איך התרופה מתפזרת בגוף, אלו תאים מגיבים לה וכיצד הם מגיבים. גם נתונים אלה מתורגמים למשוואות מתמטיות ולשפת מחשב.
כעת, כשיש בידי מדעני "אופטימטה" מערכת ביולוגית של החולה ושל התנהגות התרופה, הם בודקים איך משטרים שונים של מתן התרופה – כמו מינון, מרווחי הזמן בין נטילה לנטילה, צורת נטילת התרופה (הזרקה או בליעה) – משפיעים על החולה הווירטואלי. בחברה פיתחו טכנולוגיה המחברת את כל הנתונים של החולה הווירטואלי יחד עם נתוני התרופה, ומתארת אינסוף קומבינציות של דרכי טיפול. הטכנולוגיה יכולה לנבא את יחסי הגומלין בין יעילות הטיפול, רעילותו והשפעתו על אוכלוסיית חולים, עד לרמת החולה הבודד. בשלב האחרון מחשבת המערכת מהי דרך הטיפול העדיפה.
דוגמה אחת היא העבודה על השפעת התרופה טרומבופוייטין. התרופה היתה בשלבי פיתוח כדי למנוע טרומבוציטופניה – מחלה הגורמת לשטפי דם מסכני חיים ונגרמת, בין השאר, עקב טיפול כימותרפי. ואולם, במרוצת פיתוח הטרומבופוייטין התגלה כי התרופה מעוררת היווצרות של נוגדנים בגוף החולה, עד כדי החמרה ניכרת במחלתו. מסיבה זו פיתוח התרופה נעצר.
חוקרי "אופטימטה" יצרו חולה וירטואלי הסובל מטרומבוציטופניה, ומקבל טיפול תרופתי באמצעות טרומבופוייטין. הדמיה זו איפשרה לחזות את מספר הטסיות (גופיפי הדם הגורמים לקרישה) בדם החולה בכל יום ויום, בעת הטיפול ולאחריו. בדיקות מעבדה הוכיחו שתחזיות אלה היו מדויקות מאוד. בשלב הבא הציעה החברה, באמצעות הטכנולוגיה הייחודית שפיתחה, משטר טיפול שונה, שדרש פחות ממחצית המינון הכולל של התרופה, ואשר יביא לתוצאות הרצויות ללא תופעות הלוואי החמורות של התרופה.
כדי לאמת תחזיות אלה, "אופטימטה" שיתפה פעולה עם פרופסור ז'ראר ווכמכר מאוניברסיטת רוטרדם, מומחה עולמי לתרופה, שביצע ניסויים מבוקרים בעכברים ובקופים. ניסויים אלה הוכיחו את יעילותו של משטר הטיפול שהציעו מדעני אופטימטה וחשוב מכל, הם הוכיחו שכאשר תרופת טרומבופוייטין ניתנת על פי התוצאות שהתקבלו בחולה הווירטואלי, היא איננה יוצרת אצל החולה כל תגובה חיסונית רעילה.
התוצאות, שהתפרסמו באחרונה בכתב העת "of Hematology British Journal", הן ההוכחה הראשונה מסוגה בעולם לדיוק ויעילות תחזיות של מודלים מתמטיים בביו-רפואה. התוצאות סללו את הדרך לחברות התרופות השונות להמשיך ולפתח את התרופה, ובכך לשפר באופן משמעותי את מצבם של חולי טרומבוציטופניה.
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~866679333~~~227&SiteName=hayadan
