虚拟肝脏模型可以帮助减少乙酰氨基酚，其他药物过量风险

印第安纳大学的生物用作研究所的研究人员已经开发了一种虚拟模型的人类肝脏，更好地了解器官如何代谢乙酰氨基酚，一种常见的非处方止痛药和用于替补药物如泰诺的药物。

该研究报告在同行评审的在线期刊中普罗斯一体，建议虚拟组织模型可以在现代药代动力学中发挥重要作用，该药理学分支与身体内的药物的运动。

具体而言，该研究采用“虚拟组织”技术在研究所开发，以在人体中以多种尺度 - 时间和位置模拟人体中的药物分布 - 这是一个能够有助于更加个性化的处方指南减少风险的能力过量给药。

乙酰氨基酚代谢是显着的，因为来自a的中毒肝乙酰氨基酚的代谢物是主要原因急性肝衰竭在美国，每年导致33,000多个医院入院和500人死亡。急性肝功能衰竭可能导致死亡，因为肝脏是负责代谢和毒素的清除，包括药物，来自身体的主要器官。

“虽然目前对这种乙酰氨基酚毒性的这种模型没有针对偶然过量的干预措施，但它表明对大人口的敏感性对药物的敏感性令人惊讶的差异，”生物复诊研究所的研究科学家James Sluka表示，他是本文的联合主导作者。“根据我们的模型，多达一千人的人可能对药物的毒性异乎寻常敏感。”

该工作的其他联合主导作者是生物抄本研究所的研究生小福。其他作者是Julio Belmonte，也是一名研究生;Sherry Clendenon是一家研究助理;和Maciej Swat，副本科学家，所有的生物复盟研究所。John Wambaugh是美国环境保护局的计算毒理学家，也为该研究做出了贡献。

本文的高级作者是詹姆斯A.Glazier，生物蒙复杂机构主任，在IU Bloomington的信息学和计算学院智能系统工程系教授。

由于器官在心血管系统的系统循环部分之间的器官位置，肝脏作为肠道和身体的其余部分之间的血流门户。它还在预防营养不平衡方面发挥关键作用，这可以有助于高胆固醇，肥胖症和II型糖尿病。

构建一个虚拟肝脏模型，考虑到身体的时间和位置的“多尺度”，Sluka及其同事在乙酰氨基酚分布和代谢上使用公开的数据，这些数据反映了药物在胃肠道中的摄取，在整个身体和摄取的分布肝脏中的新陈代谢，以及来自身体的药物和代谢物的间隙。

“人类缺乏血液流模型的人类的重要数据是一个重大挑战，”Sluka说。“我们不得不依赖于人类数据，而且还不得不从动物和细胞的研究中提供信息，以创造一个高度准确的虚拟肝脏。”

在全体级别，Sluka和同事模型模拟了从胃肠道中吸收的药物，由血液分布到组织和器官，并被肝脏和肾脏去除。

在器官水平，模型模拟血液携带的化合物如何通过肝动脉和门静脉进入肝脏;流过正弦波网络，这是肝毛细血管的血管;并退出器官的肝中央静脉。

在亚细胞水平，该模型考虑了肝脏内部的代谢途径如何将化合物转化为代谢物，它们通过胆管将其转回血液或胃肠道。

代谢物也可以对肝细胞有毒，并且在过量的情况下，不可逆地损伤肝脏。通常，肝内的基因表达模式确定了哪些器官的多种途径用于代谢化学品。

使用该系统，Sluka和同事能够模拟口服剂量对乙酰氨基酚在身体的各种组织中的各个点的浓度，尤其是肝脏。随后，IU的超级计算资源将在几天的过程中模拟成千上万的虚拟患者的过程 - 一个实验，否则需要几年才能完成。

“这三个亚蒙德尔也可以独立运行，这大大简化了模型的校准以及将模型预测与真实患者的临床访问测量的能力相关，”Sluka说。“所以我们可以直接从诊所或实验室直接将测量结果连接到我们数学和计算模型预测的测量。”

此外，Sluka指出，团队的虚拟肝脏模型是利用开源软件建造的，包括由生物复兴研究所开发的技术Compucell3d.，其他研究人员可以在没有限制的情况下重用全部或部分软件;修改它以检查不同药物或环境毒素的有毒风险;或者用它来研究这些化合物在非人类物种中的毒性。

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