خوارزميات تساعد على فهم تأثير الدواء على خلايا القلب

الحدث الصحي

ابتكر علماء معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا مع علماء جامعة قازان وجامعة جورج واشنطن الأمريكية خوارزمية تسمح بالحصول على نموذج رياضي يصف الإثارة الكهربائية لخلايا القلب للمريض .

وتفيد مجلة PLOS ONE، بأن هناك طريقتين محتملتين لحل هذه المشكلة: باستخدام التسجيلات التجريبية للنشاط الكهربائي. أو ملفات شكل التعبير الجيني. لأن كل انقباض للقلب يسبقه تحفيز كهربائي، وهذا مشروط بمرور التيارات الكهربائية عبر القنوات الأيونية، الغير ثابتة العدد، لأن تغيرها قد يكون ناتج عن أسباب مرضية أو أسباب غير مرضية خاصة بأنسجة القلب. واختلال التوازن بين التيارات الأيونية المختلفة يمكن أن يؤدي إلى خفقان مميت.

وبالنظر لكثرة العوامل المؤثرة في انتشار المحفزات، تدرس المبادئ العامة للخفقان  باستخدام النماذج الرياضية على مدى 50 سنة. وبغض النظر عن تطور هذه النماذج إلا أنها نادرا ما تستخدم في التطبيق العملي، لأنها تصف حالة "متوسطة" للمرض، وليس مريضا معينا. ومن أجل أن تصف مريضا معينا، يجب جعلها شخصية، وهذه مسألة صعبة ومعقدة.

والطريقة الأولى التي يناقشها العلماء في هذه الدراسة، مبنية على استخدام السجلات التجريبية للنموذج المحتمل للعمل وتحسين النموذج باستخدام خوارزميات حاسوبية خاصة. هذه الخوارزميات تستخدم مبادئ متطورة في البحث عن المؤشرات التي على ضوئها تتم التجربة، ولكن نتائج التجارب خلال السنوات السابقة أثبتت صعوبة العمل بهذه الطريقة.

ويقول أندريه بيكونوف، من معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا، أحد المشاركين في الدراسة: " لقد فحصنا بعناية كل مرحلة من مراحل الخوارزمية وجعلناها مثالية . فمثلا في الدراسات السابقة كانت مؤشرات النموذج تتعرض إلى تغيرات مستقلة عن بعضها البعض. ولكن نحن استخدمنا "التغير الموجه" الذي يؤثر مباشرة في جميع المؤشرات معا، ما يسرع ويسهل البحث عن المؤشر المطلوب".

والطريقة الثانية التي تناقش في هذه الدراسة، ترتبط باستخدام بيانات وراثية للتعبير الجيني، التي خلالها  تحول المعلومات الوراثية من الجين إلى الحمض النووي الريبوزي أو إلى بروتين. وكل قناة أيونية في الغشاء الخلوي تتكون من وحدات بروتينية فرعية تتكامل مع غشاء الخلية بعد نقلها باستخدام الحمض النووي (mRNA).

وتمت في هذه الدراسة معايرة النموذج باستخدام الخوارزميات المذكورة أعلاه على مريض معين. وبعد ذلك على أساس الاختلاف في ملفات التعبير الجيني، تم وضع نماذج رياضية، كشفت بنجاح أشكال التعامل مع المرضى الآخرين وفقا للتعبير الجيني.

ويقول رومان سونيايف، مدير مختبر علم وظائف الأعضاء البشرية في معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا، "إضافة إلى الاهتمام الأساسي، سيكون لهذه الدراسة مستقبلا واعدا: من استخدام النماذج الخاصة بالمرضى في الممارسة السريرية وحتى تصميم الأدوية. لأن العديد من الأدوية تؤثر في مختلف القنوات الأيونية. أما الخوارزميات الحالية فتساعد مستقبلا على فهم تأثير الدواء في خلايا القلب".