Ученые МФТИ разработали новый способ тестирования лекарств на кардиотоксичность с помощью нейросетей
Инновационный метод позволяет выявить заведомо кардиотоксичные вещества на этапе доклинических исследований. Разработанная сотрудниками лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ система получила название i-Cardio. Об этом CNews сообщили представители МФТИ.
Предложенный протокол тестирования препаратов на кардиотоксичность состоит из четырех этапов. Первый — выделение из образца крови стволовых клеток и введение их в зародышевое состояние. Затем из этих стволовых клеток путем дифференцировки получают кардиомиоциты (клетки сердца) и поддерживают их жизнеспособность. Далее к ним добавляется исследуемое вещество в разных концентрациях и проводится стимуляция клеток электрическим импульсом. На финальном этапе методом оптического картирования (с использованием компьютерного зрения и нейронных сетей) детектируется проведение волны возбуждения с помощью потенциал-зависимого красителя, а методом пэтч-кламп (стимуляция клеток электрическим импульсом, где в ответ получают токи с клеток) регистрируются изменения токов ионных каналов. На основании полученных данных исследователь делает выводы о вероятности определенных исходов: смерть клеток, аритмия, фибрилляция и др.
«?В протоколе могут варьироваться диапазоны концентраций или параметры регистрации сигналов в зависимости от свойств вещества, но общий алгоритм один. Исследовательской группой лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ выпущено несколько научных работ, где продемонстрирован предложенный метод тестирования веществ на кардиотоксичность и представлены результаты тестирования некоторых веществ, в их числе, в частности, смесь ботулинотоксина с новохитозолем»?, — сказал инженер лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ Виталий Джабраилов.
Кардиотоксичность – это способность лекарственного препарата влиять на возникновение и развитие аритмии и других патологий сердца. Доклинические испытания проводились на животных моделях, а затем клинические — на людях. Однако природа животных и человеческих клеток сердца не эквивалентны друг другу. Именно поэтому тестирование препарата небезопасно для людей. По словам младшего научного сотрудника лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ Сандаары Коваленко, ежегодно в России исключается до 20 препаратов из списка разрешенных для клинического применения именно по причине кардиотоксичности. Поэтому крайне важным этапом в развитии тестирования был переход с животных на человеческие клетки уже на этапе доклинических испытаний.
«?Предлагаемый метод (технология i-Cardio) позволяет выявить заведомо кардиотоксичные вещества до начала клинических испытаний. Изначально мы проводили эксперимент в культуре человеческих кардиомиоцитов с помощью пэтч-кламп (для регистрации токов одиночных клеток) и оптического картирования (для регистрации проведения волны возбуждения на монослое клеток). Далее, получив достаточную экспериментальную базу, развили метод, применив компьютерное зрение и нейронные сети, чтобы прогнозировать проведение в сердечной ткани под действием исследуемого вещества»?, — сказала кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ Сандаара Коваленко.
Тестирование на кардиотоксичность уже прошли несколько препаратов: циклофосфамид (противоопухолевый препарат), эритромицин (антибиотик для лечения бактериальных инфекций), а также смесь ботулотоксина и новохитозоля. Последний препарат в перспективе может использоваться для лечения постоперационных аритмий.
До конца года исследовательская команда лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ планирует пройти процедуру патентования методики i-Cardio.