Когда тот ритм переходит с продвигающимся возрастом или началом остеопороза, уменьшений процесса восстановления. Кости теряют плотность и силу и становятся более подверженными перелому.
Больше чем 10 миллионов человек в Соединенных Штатах, живых с остеопорозом и получающимися переломами, требуют больше чем $17 миллиардов в связанном здравоохранении каждый год.Теперь два Университета Делавэрских исследователей и их студентов объединили усилия – применение математического экспертного знания моделирования одного к биологическому запросу другого – чтобы указать путь к многообещающему средству.Биолог – Аня Ноух – показала, что, рассматривая мышь с пептидом, известным, поскольку, CK2.3 повышает плотность костного минерала. Математик/инженер – Прасад Дуряти – вычислил оцененные дозировки для людей.
Согласно их модели, инъекции CK2.3 могут повысить плотность костного минерала костей, ужасно ухудшенных остеопорозом назад к здоровым уровням.Их работа была просто издана в Pharmacometrics и Systems Pharmacology.
Плотность костного минерала затронута двумя процессами: формирование кости и деградация кости. Текущее медикаментозное лечение, особенно бисфосфонаты, обращается к клеткам, вовлеченным в деградацию кости (остеокласты). Только одобренная PTH препарата обращается к клеткам, вовлеченным в формирование кости (остеобласты), но врачи должны предписать бисфосфонаты с ним, чтобы предназначаться для деградации кости одновременно.
Пептид использовал в этом исследовании – CK2.3 – является единственным, который уменьшает деградацию кости, одновременно увеличивая формирование кости.Математическое моделирование
Dhurjati издал математические модели для многих различных систем. Преподаватель химической и биомолекулярной разработки (с совместным назначением в математических науках и биологических науках) имеет 40 лет опыта исследования и является часто процитированным автором. Его недавняя работа моделирования в биологических науках включала: расстройства спектра аутизма, лейкемия, спинальная мышечная артрофия, дозировки лития для беременных женщин, у которых есть биполярное расстройство, микробиом пищеварительного тракта и болезнь растений.
Модели могут быть многих различных видов – концептуальные модели, простые иллюстрированные карты связи, ряд правил или сложного набора математических уравнений. Dhurjati смотрит на различные типы, чтобы понять изменяющие время взаимодействия между переменными во всей системе. Это допускает значащий анализ огромных исследователей объема данных, производят в почти каждой области.
«Мой центр находится на преобразовании данных к моделям использования знаний», сказал он. «Я хочу, чтобы больше студентов работало в этой области».Высокоскоростные компьютеры – современные инструменты, которые сделаны более ценными с хорошими моделями, сказал он. Надежные модели на основе хороших данных могут сэкономить время, деньги и многих лабораторных животных.«Математическая модель не может захватить полную сложность мыши или человека», сказал он. «Я не требую этого; однако, поскольку Вы соединяете математику с экспериментами и как Вы соединяете математику с действительностью, модели становятся лучше и более надежными».
В этом случае работа включала студентов из четырех отделов – Химической и Биомолекулярной Разработки, Биологических наук, Математических Наук и Биоинженерии – некоторые при исследовании уровня выпускника, некотором студенте.Команда Ноуха проектировала подражательный пептид CK2.3 и показала, что это повысило плотность костного минерала в модели мыши, блокируя взаимодействие белка CK2 с белком BMPR1a – прерывание, которое позволяет клетки, которые формируют новую кость (остеобласты), чтобы увеличиться.
Подкожный (ниже кожи) инъекция увеличила формирование кости в короне черепа (известный как calvaria), в то время как системная инъекция уменьшила деградацию кости и повысила плотность костного минерала.Команда Дуряти использовала ту информацию, чтобы вычислить идеальные дозировки для здоровых людей и тех с остеопорозом.
Мышь и человек отличаются во многих отношениях, Дуряти сказал, так вычисление дозировки более сложно, чем просто наладка для различий в весе, например.Dhurjati развивал часть модели, используя понятия в основанных на физиологии фармакокинетических моделях (PBPK), введенных впервые покойным Кеннетом Бишофф, преподавателем UD химического машиностроения много лет. Такие модели могут использоваться, чтобы вычислить, как фармацевтическая молекула распределяет в различных частях тела.В этом случае Dhurjati должен был знать то, чем местная концентрация CK2.3 будет на месте, где кость сформирована.
Как только это было определено, другая математическая модель использовалась, чтобы вычислить плотность костного минерала.Эти соображения препятствуют тому, чтобы предложенное средство стало токсином, и модель может обратиться к таким вопросам как, сколько взять, как часто, должна ли она быть взята за рот или инъекцию и как приспособиться для возраста, пола, этнической принадлежности, высоты, веса, полного здоровья.
Сотрудничество между Nohe и Dhurjati шло полным ходом в течение некоторого времени и произвело другое понимание биологических вопросов.«Она – сторонница моделей», сказал он. «Это два различных культур. Биология подчеркивает качественные детали, и разработка полагается больше на математические модели.
Но если эти две культуры могут общаться, который приносит новые способы посмотреть на ту же самую проблему».