模拟人类心脏

我们能否模拟人体的某些部位，以加快新疗法的开发和新药的发现?凯蒂·海勒听说了牛津大学的Elisa Passini是如何为人类心脏做这件事的……

Elisa -我们所做的是建立人类心脏的计算机模型，以更多地了解心脏是如何工作的，以及可以做些什么来改善对患者的诊断和治疗。我们对所谓的药物安全非常感兴趣。所以不是真正的药物发现，当人们试图开发一种可以治疗特定疾病的药物时，而是在那之后，当他们需要检查这种药物对心脏是否安全时。这适用于任何药物，市场上所有的药物都需要在心脏上进行测试，我们可以在我们的模型上进行测试。

凯蒂:我明白了，所以在药物进入人类心脏之前你要确保它是安全的，当然，你不能通过在人类心脏上测试来做到这一点。你需要一个模型。

Elisa:没错。所以目前做的是动物试验，如果一种药物在动物试验中是安全的，那么它就会进入临床试验。但我们想在这些动物试验之前，使用我们的电脑模型，这是基于人类的，来尝试和预测，在早期，会对我们的病人产生什么影响。

Katie -你可能有一个早期的候选人，把它放在你的模型中，然后说“嗯嗯”，这不会再继续下去了吧?

Elisa:他们用我们的模型测试了10个候选者，看看哪一个是最好的，然后再进行下一步，但他们不是先测试所有10个候选者，而是先根据我们的结果进行选择，以减少动物实验。这也是我们的目标之一，我们真的很有兴趣为减少这些实验做出贡献。

凯蒂:跟我说说这些模型吧，那么，你究竟是如何在电脑上制造出像人类心脏这样复杂的东西的呢?

Elisa:你需要做实验来了解细胞内部发生了什么:所有的小过程，所有的小粒子运动，你把它们写成方程。因此，最终我们的模型是代表人类心脏细胞行为的数学方程式的总和。

凯蒂-这些方程模拟的是这些细胞的哪些特征，或者说细胞中的哪些部位，它们的行为是怎样的?他们是怎么移动的?你在看什么?

Elisa -我们更感兴趣的是电活动，这是因为服用药物时心脏的副作用通常是心律失常，这是一种由电活动引起的心律失常。所以我们研究的是通过离子通道进出细胞的离子。所以我们的方程模拟了这些离子通道和进出产生电流的小粒子。

凯蒂-那么这些东西是什么，钾吗?

Elisa -是的，钠，钙。所以我们从亚细胞水平到细胞水平，然后我们也可以把许多细胞放在一起，达到组织或器官水平。

凯蒂-哇!所有这些都是用方程来表示的吗?这么多方程啊!

Elisa -是的!

凯蒂-现在你有了这个模型，它有多好?

Elisa -所以我会说这真的很好!我们所做的是对已知药物进行一些评估研究，因为首先我们需要向制药公司证明，例如，这些模型是有效的。所以我们选择了市场上的药物，或者因为它们对心脏有副作用而被从市场上撤回的药物，我们测试了这些药物，我们预测风险或安全性的准确率接近90%。

凯蒂:问题是，不是所有的心脏都是一样的，也许年龄是一个因素，那么你在造什么样的心脏呢?这是一个普通的心脏还是你考虑了变异因素?

Elisa -直到2010年，使用计算机模型的心脏细胞，大多是一个平均模型。所以我们有一个心脏模型可以代表每个人。所以我们开发的方法是一种随机生成细胞的方法基于我们都是相似的想法。当然，心脏细胞内部也有相同的机制。但是，例如，我可能比另一个人有更多的钾离子通道或钠离子通道或钙离子通道我们可以通过假设膜上这些离子通道的随机变异性来模拟这些。

凯蒂:那么展望未来，这种技术将来会被用来制作一个非常具体的、独立的心脏模型吗?例如，如果你想诊断某人的潜在疾病?

Elisa:我们想要达到这个目标，而且我们已经在这方面开始了一些工作。我们所做的是与医院合作，从他们那里我们可以获得病人的图像和数据，例如，基因突变或特定疾病。从病人的图像中我们可以得到这些病人心脏的几何形状然后我们可以把我们的模型结合到病人特定的几何形状中。举个例子，如果有人心脏病发作或者因为心脏病发作在心脏上留下了疤痕，那么我们就可以把这个疤痕包括进去，看看什么样的药物可以改善这种心脏状况或者什么样的药物因为这个疤痕而不安全。

凯蒂:用电脑模拟身体不同部位的先例有多少?其他人做过肾脏，肝脏，肺，或其他器官的手术吗?

Elisa:是的，当然有模型，比如骨骼和肌肉。至于器官，我想说心脏是相当先进的，与其他器官相比，这是因为它已经存在了大约60年。所以有人在做肾脏，胃肠系统，神经元的模型。所以，是的，有很多人在研究人体和生理的计算机模型。这个想法是在不久的将来，也许，我们会有一个完整的虚拟人，全部是模拟的。l模拟。