Pojan terveysongelmat ruokkivat UNL:n tutkijan kiinnostusta virtuaalisen immuunijärjestelmän rakentamiseen | Terveys ja kunto

Insinöörit ovat vuosikymmenten ajan käyttäneet tietokonemalleja moottoreiden ja rakettien toiminnan simuloimiseen ennen laukaisua, ja nykypäivän matkustajasuihkumoottoreissa on tietokonekopioita, jotka varoittavat lentoyhtiöitä korjausten tarpeellisuudesta.

Nebraska-Lincolnin yliopiston tutkija työskentelee kehittääkseen samanlaista työkalua yhdelle ihmiskehon monimutkaisimmista koneista – immuunijärjestelmään.

UNL:n biokemian apulaisprofessori Tomáš Helikar sanoi, että immuunijärjestelmän tietokonekopio voi auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin immuunijärjestelmään liittyvien sairauksien hoitoa ja jopa personoimaan niitä sekä nopeuttamaan ja tehostamaan lääkekehitystä.







Tomáš Helikar, biokemian apulaisprofessori Nebraska-Lincolnin yliopistosta, työskentelee kehittääkseen virtuaalista ihmisen immuunijärjestelmää. Hänen nuori poikansa on kohdannut immuunijärjestelmän haasteita, kun hänelle tehtiin kaksinkertainen keuhkonsiirto lapsena.


CRAIG CHANDLER, UNL


Helikar ja hänen tiiminsä ovat jo kehittäneet mallin, joka perustuu yhden tyyppiseen immuunisoluun – CD4+ T-soluun, niin sanottuihin auttajiin, jotka stimuloivat muita soluja taistelemaan taudinaiheuttajia vastaan.

Hänen seuraava tavoitteensa: laajentaa malli kattamaan koko immuunijärjestelmän. Se on vaikea haaste, mutta Helikarilla on vahva motivaatio. Hänen poikansa Liam, nyt 7½, syntyi vuonna 2014 geneettisellä sairaudella, joka esti hänen keuhkojaan toimimasta. Liamille tehtiin kaksoiskeuhkonsiirto 9 viikon ikäisenä.

Ihmiset lukevat myös…

  • Entinen Younkers-tila Gateway Mall -ostoskeskuksessa Lincolnissa jonossa suuria remontteja varten
  • Steven M. Sipple: NU naisten vanteet ovat tärkeitä Albertsille haastavana ensimmäisenä vuonna
  • Toinen Lincoln-upseeri, joka tuli esiin häirinnästä, syrjinnästä keskeytetty
  • Waverly mies sai laittomasti 272 000 dollaria työkyvyttömyysetuuksia työskennellessään, syyttäjä sanoo
  • Nebraskan naisten koripalloliiton päävalmentaja keskeytetty; Scoggin ei ole enää listalla
  • Snoop Dogg juhlii 4-20 Lincolnissa
  • Lincolnin nainen kuoli otsatörmäyksessä US 77:llä tunnistettu
  • Kaksi sisarta pidätettiin, kolmas mies tuomittiin Lincolnin baarimurtumien jälkeen
  • Fidžin veljeskunta väittää, että UNL:n johtajat ottivat sen kohteen Trumpin tukemiseksi
  • “Kaikki ovat tuhoutuneita” – Historiallinen Lincolnin talo Ryonsissa oli naisten kokoontumispaikka
  • Listan jälkeen valmentaja ravistelee ja voitto vs. Gophers, NU-naiset aikovat keskittyä tulevaisuuteen, Williams sanoo
  • Kuinka pari Moosin aikaista laajennusta vaikeutti kalliita sopimuspäätöksiä NU:lle Hoibergissa, Frostissa
  • Aikaisemmin: helmikuuta 22. 2006: 8 Nebraskan työtoveria vaativat 365 miljoonan dollarin Powerball-jättipotin
  • North Bendin opettajaa syytetään lapsen pitämisestä alhaalla ja toisten lyömisestä oppilasta
  • Lincolnin mies heitti ylikulkusillalta reppu, jossa oli 68 000 dollaria, poliisin mukaan

Keuhkonsiirto poisti ongelman, mutta lääkkeet, joita Liam käyttää estääkseen kehoaan hyökkäämästä keuhkoihinsa, ovat vaarantaneet hänen immuunijärjestelmän.

Tšekin tasavallasta kotoisin oleva Helikar sanoi, että Liam on intohimoinen, rakastava ja onnellinen lapsi, joka on kaksikielinen ja rakastaa hiihtoa. Hän aloitti ensimmäisellä luokalla Tšekissä, kun Helikar oli siellä sapattivapaalla vuoden 2021 viimeiset kuusi kuukautta. Nyt hän käy koulua Lincolnissa.

“Hän tekee kaikenlaisia ​​asioita, joita muut lapset tekevät, mikä ei olisi ollut mahdollista ilman keuhkonsiirtoa”, Helikar sanoi. “Mutta tietysti matkan varrella on ollut monia haasteita immunosuppression seurauksena.”

Itse asiassa Liam sai COVID-19-tartunnan Tšekin tasavallassa joulukuussa ja joutui sairaalaan siellä. Hän tarvitsi aggressiivista hoitoa.







Helikarin perhe

Tomáš Helikar panostaa virtuaalisen ihmisen immuunijärjestelmän kehittämiseen on hänen poikansa Liamin toimesta, jolle tehtiin keuhkonsiirto yhdeksän viikon ikäisenä. Helikarin vaimo Resa on vasemmalla.


“Hän ruokkii kiinnostustani immuunijärjestelmää kohtaan”, Helikar sanoi. “Uskon, että immuunijärjestelmä voidaan keksiä järjestelmäksi, ja sitä voidaan muokata strategisemmin ja ohjelmoida uudelleen terveen tilan aikaansaamiseksi.”

Pandemia on avannut monet silmät immuunijärjestelmän tärkeydelle, hän sanoi. Vaikka tiedemiehet tietävät, mitä kukin järjestelmän solutyyppi tekee, on vaikea ennustaa, kuinka järjestelmä käyttäytyy, kun nämä solut alkavat olla vuorovaikutuksessa.

Liamin lääkkeet esimerkiksi tukahduttavat CD4+ T-soluja, Helikar sanoi. Mutta koska nämä solut ovat osa monimutkaista verkkoa, niiden tukahduttaminen voi vaikuttaa muihin immuunisoluihin tavoilla, jotka voivat vaikuttaa kehoon ja terveyteen.

Kahdella ihmisellä ei ole samaa immuunijärjestelmää, hän sanoi. Jokainen on ehdollinen eri tavalla altistumisesta erilaisille sairauksille ja ympäristötekijöille. Tämän seurauksena jokaisen ihmisen immuunijärjestelmä reagoi eri tavalla taudinaiheuttajiin.

UNL:n tutkijat ovat testanneet mallinsa kykyä ennustaa solujen käyttäytymistä vasteena influenssainfektiolle, ja tulokset julkaistiin elokuussa PLOS Computational Biology -lehdessä. Siitä lähtien he ovat käyttäneet samanlaista mallia flunssaehdokkaiden tunnistamiseen, ja he testaavat niitä nyt.

“Näemme todella hyviä tuloksia”, Helikar sanoi. “Meillä on kaksi lääkettä, jotka yhdessä annettuina todella tuhoavat viruksen replikaation.”

Vaikka tutkijat eivät ole testanneet lääkkeitä muita viruksia vastaan, he uskovat, että ne voisivat vaikuttaa muihin virusinfektioihin.

Tällä hetkellä uuden lääkekandidaatin siirtäminen kehitysprosessin läpi kestää noin vuosikymmenen ja maksaa keskimäärin 1,2–2,5 miljardia dollaria, Helikar sanoi. Ja matkan varrella tapahtuu paljon ohituksia, ja vain 7 %:n todennäköisyydellä tietty lääke pääsee vaiheen 1 kliinisiin kokeisiin ihmisillä.

“Nämä todella huonot mahdollisuudet lääkekehitykseen tekevät lääkekehityksestä niin kallista ja miksi se kestää niin kauan”, hän sanoi.

Helikarin tiimi aikoo laajentaa mallia sisältämään useampia solutyyppejä, molekyylejä, geenejä ja elimiä sekä mekanismeja, joilla ne kommunikoivat keskenään.

Se on korkea tilaus. Alkuperäinen vain CD4+ T-solujen malli sisälsi neljä erilaista mallinnusmenetelmää prosessien integroimiseksi kolmella tasolla eri kudoksissa.

“Olemme siirtymässä molekyylitasolta solutasolle koko kehon tasolle”, Helikar sanoi. “Ja laskennallisesti ja matemaattisesti se on erittäin haastava tehtävä.”

Viisivuotinen 1,8 miljoonan dollarin apuraha National Institutes of Health Maximizing Investigators’ Research Award -ohjelmasta auttaa ryhmää ottamaan joitain seuraavista vaiheista. Aiempi 1,77 miljoonan dollarin apuraha ohjelman kautta rahoitti alkuperäisen työn. Tiimiin kuuluu nyt 15 jäsentä, joilla on asiantuntemusta muun muassa ohjelmistokehityksen, laskennallisen biologian ja immunologian aloilta.

Helikar aikoo muun muassa ottaa mallin huomioon yksilön tai väestöryhmän fysiologian, mikä voisi avata oven henkilökohtaiseen lääketieteeseen.

Helikar ei ole yksin pyrkiessään luomaan immuunijärjestelmän malleja. Hän on myös osa työryhmää, joka muodostettiin NIH:n pyynnöstä pandemian alkaessa ja joka on ehdottanut immuuni-digitaalisen kaksoisparin kehittämistä käytettäväksi virusinfektioissa, kuten COVIDissa.

James Glazier, toinen ryhmän kahdesta järjestäjästä ja Indianan yliopiston älykkäiden järjestelmien suunnitteluosaston professori, sanoi, että ryhmä perustettiin, koska mallinnustyötä tehtiin vain vähän sen ymmärtämiseksi, mitä tapahtuu, kun joku on saanut viruksen tartunnan. Suurin osa käytettävissä olevista mallinnusmenetelmistä keskittyy sen sijaan pandemian epidemiologiaan, yrittäen ymmärtää esimerkiksi kuinka moni saa tartunnan sekä peittämisen ja etäisyyden vaikutukset.

Reinhard Laubenbacher, ryhmän toinen järjestäjä ja systeemilääketieteen professori Floridan yliopistosta, sanoi, että kysymyksiin kuuluu selittää, miksi terve 25-vuotias voi kuolla COVID-19:aan lyhyessä ajassa ja 85-vuotias diabeetikko. selviä flunssaa vastaavasta.

Laubenbacher sanoi, että tällainen malli saattaa myös antaa lääkärille mahdollisuuden määrittää, mitkä lääkkeet toimivat tietylle COVID-potilaalle, mikä yksinkertaistaa sairaalan toimintaa ja mahdollisesti pelastaa ihmishenkiä.

Glazier sanoi: “Mitä meidän täytyy tehdä nyt, on ennustaa immuunitila yksilön sisällä populaation sijaan.”

Tällä hetkellä saatavilla olevat terveydenhuollon tietokonemallit antavat lääkäreille mahdollisuuden määrittää, vaikuttavatko tukosten verenkiertoon sydänsuonten läpi, ja simuloida interventioiden, kuten leikkauksen, vaikutuksia näihin virtauksiin. Ne käyttävät myös uusimpia insuliinipumppuja, jotka tarkkailevat diabeetikkojen verensokeritasoja reaaliajassa.

Mutta tutkijat haluavat viedä malleja pidemmälle. Glazier sanoi, että Helikarin työ T-solujen mallintamisessa on “täsmälleen sellaista yhdistettyä mallinnusta ja kokeellista työtä, jonka uskomme olevan kriittistä ihmisen immuunivasteen ymmärtämisessä”.

Helikar tekee myös yhteistyötä Nebraskan yliopiston lääketieteellisen keskuksen lääkäreiden kanssa selvittääkseen, kuinka hänen mallinsa voi auttaa elinsiirtojen vastaanottajia. Ja hän on osa kansallisen strategisen tutkimuslaitoksen ryhmää, joka tekee puolustusministeriön työtä, jonka tavoitteena on kehittää lääkkeitä, jotka suojaavat sotilaita säteilyaltistuksen vaikutuksilta.

Molemmat yhteistyöt asettivat hänet tutulle pohjalle. Helikar suoritti perustutkintonsa Nebraskan yliopistossa Omahan silloisessa uudessa bioinformatiikkaohjelmassa ja biokemian tohtorin tutkinnon UNMC:ssä. Hän suoritti tohtoriohjelman UNO:n matematiikan osastolla.

Helikar on myös kehittänyt web-pohjaisen tietokonesimulaatioalustan nimeltä Cell Collective, joka mallintaa biologisia verkkoja tutkimuksessa ja tiedeopetuksessa.

Kiinteisiin kudoksiin keskittyviä mallinnustyökaluja kehittävän Glazierin mukaan tällainen työ kannustaa alan yhteistyöhön.

“Ihailen todella Tomia ihmisenä, joka yhdistää fantastisen tieteen ja todellisen sitoutumisen yhteisöön”, hän sanoi. “Se ei ole niin yleistä.”

.

Leave a Comment