211service.com
Biologie in Silico
Computers die het leven kunnen nabootsen, zijn lange tijd het onderwerp geweest van sci-fi-nachtmerries, denk aan The Terminator of HAL 9000 uit 2001. Maar voor onderzoekers die moeite hebben om grote hoeveelheden nieuwe biologische gegevens te begrijpen, en voor farmaceutische bedrijven die kosten willen besparen en de ontwikkeling willen versnellen , is het nog steeds een droom om nauwkeurige computersimulaties van levende systemen te hebben. Om die droom waar te maken, wenden ze zich tot silico-biologie, het bouwen van computermodellen van de ingewikkelde processen die plaatsvinden in cellen, organen en zelfs mensen. Het uiteindelijke doel: een heel organisme gemodelleerd in silicium, waardoor onderzoekers nieuwe therapieën kunnen testen, net zoals ingenieurs nieuwe vliegtuigontwerpen op supercomputers vliegen.
Al meer dan tien jaar proberen medicinale chemici het ontdekken van medicijnen rationeler te maken door computers te gebruiken om te simuleren hoe bijvoorbeeld een nieuw medicijnmolecuul aan een receptor bindt. Maar de computermodellen van vandaag gaan veel verder dan dat en maken gebruik van gegevens uit gebieden variërend van genoomsequencing tot klinische proeven om te kijken hoe een potentieel medicijn hele biologische systemen beïnvloedt. Het creëren van een virtuele cel of, beter nog, een virtuele hartpatiënt is nog steeds een werk in uitvoering, maar zelfs vroege modellen zouden de enorme kosten van het ontwikkelen van nieuwe medicijnen kunnen drukken.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van maart 2001
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Volgens cijfers uit de sector kost het gebruik van traditionele methoden gemiddeld $ 500 miljoen en 15 jaar om een medicijn te ontwikkelen en te testen; in silico-technologieën zou volgens een recent PricewaterhouseCoopers-rapport ten minste $ 200 miljoen en twee tot drie jaar per medicijn kunnen besparen. Een van de redenen is dat het medicijntestproces - waarbij een verbinding wordt onderzocht bij dieren en vervolgens bij mensen - verre van efficiënt is. Volgens statistieken van de Amerikaanse Food and Drug Administration mislukken proeven bij mensen voor 70 tot 75 procent van de medicijnen die ze binnenkomen. Sommige proeven mislukken alleen omdat de dosis verkeerd is.
Om duidelijk te maken hoe inefficiënt zo'n trial-and-error-aanpak kan zijn, maakt Thomas Paterson, Chief Scientific Officer van het in Menlo Park, CA gevestigde Entelos, deze vergelijking: als Boeing vliegtuigen zou ontwikkelen zoals de farmaceutische industrie medicijnen ontwikkelt, zouden ze 10 heel verschillende vliegtuigen ontwikkelen, ermee vliegen, en degene die niet crashte zou degene zijn die ze aan United Airlines verkopen. Dus bedrijven als Entelos en Princeton, NJ's Physiome Sciences, ontwikkelen computermodellen die zowel kunnen worden gebruikt om moleculaire doelen voor nieuwe medicijnen te identificeren als om klinische proeven te simuleren. Zo gebruikt de in Leverkusen, Duitsland gevestigde farmaceutische gigant Bayer een van Entelos' modellen om een potentieel medicijn voor astmapatiënten te evalueren, waarbij verschillende patiënttypes en behandelingsregimes op de computer worden getest.
Het internet zou een cruciaal hulpmiddel kunnen worden bij het ontwikkelen van dergelijke modellen, waardoor onderzoekers over de hele wereld kunnen samenwerken. Daarom is Physiome een samenwerking aangegaan met de Bioengineering Research Group van de Nieuw-Zeelandse Universiteit van Auckland om een open-standaard computertaal voor biologische modellering te ontwikkelen. Die taal, cellML genaamd, is beschikbaar op www.cellml.org . Het idee, zegt Physiome executive vice president Thomas Colatsky, is dat onderzoekers modellen in een gemeenschappelijk formaat kunnen bouwen en die modellen via het web kunnen delen.
Toch geloven velen dat het voorbarig is voor medicijnonderzoekers om hun laboratoriumratten vrij te laten. Leslie Loew, een lid van de cellML-adviesraad en de directeur van het Center for Biomedical Imaging Technology aan het University of Connecticut Health Center, heeft zijn eigen modelleringstoolkit toegankelijk gemaakt op het web: de Virtual Cell, op www.nrcam.uchc.edu . Binnen vijf jaar, voorspelt Loew, zal modelleringssoftware een routinematig, misschien onmisbaar hulpmiddel zijn voor iedereen die wil begrijpen hoe cellen werken. Maar, waarschuwt Loew, het zal nog vele jaren duren om complete, zeer nauwkeurige modellen van hele cellen te bouwen, laat staan organen of hele organismen. En bio-informaticaprofessor Masaru Tomita, wiens groep aan de Keio University in Fujisawa, Japan, zijn E-Cell-simulatiesoftware op het web heeft gezet op www.e-cell.org-mee eens . Hoewel E-Cell ernaar streeft om hele cellen te modelleren en uiteindelijk interacties tussen een tiental of minder cellen, zegt Tomita dat het modelleren van iets complexers een heel ander balspel zou zijn.