Испытание лекарств на кардиотоксичность с помощью нейросетей предложили в МФТИ

Новый метод позволяет обнаружить потенциально опасные для сердца вещества до начала клинических испытаний. Система называется i-CARDIO, её разработали в лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.

Протокол тестирования препаратов на кардиотоксичность включает 4 этапа.

На первом этапе из образца крови выделяют стволовые клетки и переводят их в зародышевое состояние. Затем из этих клеток получают кардиомиоциты (клетки сердца) и поддерживают их жизнеспособность.

Далее к клеткам добавляют исследуемое вещество в разных концентрациях и стимулируют их электрическим импульсом. На последнем этапе с помощью оптического картирования и метода пэтч-кламп регистрируют изменения токов ионных каналов. Это позволяет сделать выводы о вероятности различных исходов: смерть клеток, аритмия, фибрилляция и др.

В протоколе могут меняться диапазоны концентраций или параметры регистрации сигналов, в зависимости от свойств вещества. Но общий алгоритм один.

Исследовательская группа лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ выпустила несколько научных работ, где описан предложенный метод тестирования веществ на кардиотоксичность. Результаты тестирования представлены для некоторых веществ, включая смесь ботулинотоксина с новохитозолем, — уточняет Виталий Джабраилов, инженер лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.

Кардиотоксичность — это способность лекарства вызывать проблемы с сердцем, такие как аритмия. Сначала испытания проводят на животных, а затем на людях. Но сердце человека и животного работает по-разному, поэтому тестировать лекарство сразу на пациентах небезопасно.

Сандаара Коваленко из лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ говорит, что в России каждый год запрещают до 20 препаратов из-за кардиотоксичности. Поэтому важно перейти к испытаниям на человеческих клетках уже на этапе доклинических исследований.

Технология i-CARDIO позволяет выявить кардиотоксичные вещества до начала клинических испытаний.

Сначала мы провели эксперимент на культуре человеческих кардиомиоцитов, используя пэтч-кламп и оптическое картирование. Затем, получив достаточно данных, применили компьютерное зрение и нейронные сети для прогнозирования воздействия исследуемого вещества на сердечную ткань, — рассказывает Сандаара Коваленко, кандидат физико-математических наук и младший научный сотрудник лаборатории экспериментальной и клеточной медицины МФТИ.

Несколько препаратов прошли тестирование на кардиотоксичность:

• циклофосфамид — противоопухолевое средство;
• эритромицин — антибиотик для лечения бактериальных инфекций;
• смесь ботулотоксина и новохитозоля — в перспективе может использоваться для лечения постоперационных аритмий.

До конца года лаборатория экспериментальной и клеточной медицины МФТИ планирует запатентовать методику i-CARDIO.

Иллюстрация: нейросеть

20.09.2024