科学家开发大型模拟人类的血液

(欧宝娱乐地址医学Xpress)——有一个病人的血液在计算机的虚拟副本将有利于研究人员和医生。他们可以检查一个模拟心脏病引起的病变的冠状动脉中血液凝结,看看药物如阿司匹林会有效地降低这种血栓的大小。

现在,一组生物医学工程师和血液学家宾夕法尼亚大学取得了大规模、特定的模拟血函数在血管流条件下发现,使用机器人运行数百个测试人类血小板反应导致凝血激活剂的组合。

他们的工作发表在《华尔街日报》血。

针对病人的血小板形成血凝块的信息可以是一个保健的重要组成部分。通常,血栓预防出血,但他们也会引起冠状动脉心脏病发作在plaque-laden形式时。了几种药物,其中包括阿斯匹林,用来减少血栓的大小,防止心脏病发作,但是,作为血小板因人而异,这类药物的功效也不同。

“血小板就像电脑,他们将许多信号,使一个复杂的决定要做什么,”资深作者Scott钻石,化学和生物分子工程学教授在工程和应用科学学院。“我们有兴趣学习如果我们能赚到足够的测量在实验室检测微小的差异,使我们每个人独一无二的。不可能与肝细胞,心脏或大脑。但我们可以很容易地获得一管血从每个捐赠者和运行测试的血小板钙释放。”

当血小板被暴露在削减或条件,在一个更危险的情况下,动脉粥样硬化斑块破裂,他们回应通过提升内部的钙,导致两种化学物质的释放,凝血恶烷和ADP。这两个激活代理的目标是进一步加强钙水平和常见的抗血小板药物,如阿司匹林或氯吡格雷,也称为Plavix。通过阻止血小板增加钙的水平,这些药物使他们不能够粘在一起,阻止血管,减少心脏病发作的可能性。

因为血是一种液体,合成机器人最初开发用于药物筛选测试的理想测试血小板功能。

“我们使用的技术在我们的实验室开发的名为“成对受体激动剂扫描”从三个不同的血小板捐献者生成大量数据集的细胞如何回应这些激活不同的对代理商,“钻石说。“然后我们训练的神经网络模型为每个捐赠者基于这些数据来模拟每个和每一个细胞都在血凝块是如何回应。”

神经网络是一种观察的输入和输出之间的关系非常复杂的过程,而不是在过程的细节。

“他们总结所有的化学反应网络的整体功能发生在单个血小板,“钻石说。

研究生作者马特Flamm开发了一个强大的计算机模型,多尺度填充模拟血液流动在一个网站的血管损伤与成千上万的血小板行为源自每个病人的神经网络模型。

“这是第一次有可能预测使用特定病人的血小板凝血在流,“Flamm说。“我们能够预测排名几个药物的效力。”

表明了计算机模拟允许他们个人捐献血小板的行为作出准确的预测,研究人员进行物理测试。使用微流控设备,他们大量的血液测试每一个血液样本在静脉和动脉流条件下使用不同的药物。

每个捐赠者的多尺度计算机模拟预测药物反应非常准确。

“我们甚至发现一个人是对阿司匹林,“钻石说,“然后发现一种新型凝血恶烷受体基因的基因突变。捐赠者的计算机仿真确定了功能缺陷之前测序的基因。”

血函数的多尺度、不同的模拟是一个快速增长的领域的系统生物学。多尺度模型需要的理解在成千上万的单个细胞激活胞内信号受损血管的血液流动的详细计算和分子扩散。

“天气预报和飞机设计模拟的气流,“钻石说:“在心血管医学,我们遇到个别独特而复杂的人类血液的液体。研究领域涉及创伤出血、中风和深静脉血栓形成有利于先进的模拟血功能。”

的发展方程和算法模型反应血液流动将会非常有助于临床预测风险,药物反应和新疾病机制和设计生物医学设备。

这项研究是由金刚石和Talid Sinno教授和研究生Flamm,汤姆多库酯钠和Manash Chatterjee化学和生物分子工程部门的工程和应用科学学院。劳伦斯·f·佩恩的黄铜佩雷尔曼医学院的血液学和肿瘤学部门也为研究做出了贡献。

---

---