La sécurité est impérative avant de donner de nouveaux médicaments aux patients - c'est pourquoi les médicaments sont testés chaque année sur des millions d'animaux dans le monde pour détecter les risques et les effets indésirables éventuels. Toutefois, des recherches ont montré que les simulations informatiques du cœur pouvaient améliorer le développement de médicaments pour les patients et réduire le recours aux tests sur les animaux.
À ce jour, les tests sur animaux ont été la stratégie la plus précise et la plus fiable pour contrôler les nouveaux médicaments, mais ils sont coûteux, prennent du temps et sont pour certains très controversés.
Il est également possible que certains effets secondaires ne soient pas oubliés en raison des différences entre les animaux et les humains. Les essais de médicaments sont particulièrement problématiques pour cette raison et il est clair que de nouvelles méthodes de test sont nécessaires pour permettre le développement de médicaments plus efficaces et plus sûrs.
Humains et autres animaux
Diverses espèces d'animaux - y compris les rats, les souris, les lapins, les cobayes, les chiens et les cochons - sont utilisées chaque année pour le développement de médicaments afin de prévoir les éventuels effets indésirables du cœur de l'homme.
Mais si la biologie sous-jacente est similaire, de petites différences entre les cellules humaines et animales sont amplifiées lorsqu'un patient prend un médicament. Cela signifie que la prévision du risque pour les patients est limitée à un taux de précision d’environ 75 à 85%, indique la recherche, et conduit également à des retraits de médicaments du marché en raison de problèmes de sécurité cardiovasculaire.
Cependant, il est maintenant possible de tester un nouveau médicament pour le cœur chez un «humain virtuel». Notre récente recherche au département d'informatique de l'Université d'Oxford démontre que les modèles informatiques représentant les cellules du cœur humain présentent une précision supérieure (89 à 96%) par rapport aux modèles animaux. pour prédire un effet indésirable au médicament, tel que de graves arythmies - le rythme cardiaque devient irrégulier et peut s'arrêter.
Il montre que les modèles informatiques humains apporteraient des avantages supplémentaires en réduisant l'utilisation d'expérimentations sur des animaux aux premiers stades des tests de dépistage; améliorer la sécurité des médicaments, réduisant ainsi le risque pour les patients lors des essais cliniques; et accélérer le développement de médicaments pour les patients ayant un besoin urgent de soins de santé.
Modèles informatiques du coeur
Le biologiste britannique Denis Noble a commencé à expérimenter des modèles informatiques du cœur à Oxford en 1960. Depuis lors, la technologie a évolué et est prête à être intégrée dans des environnements industriels et cliniques.
Grâce aux données expérimentales humaines, les modèles informatiques humains sont maintenant disponibles à différentes échelles, des cellules individuelles aux cœurs entiers, et peuvent être utilisés pour explorer le comportement du cœur humain dans des conditions de santé ou malades et sous l'action de médicaments.
Au lieu d'une méthode unique, il existe également de nouvelles approches basées sur la population. Tout le monde est différent et certains médicaments peuvent avoir des effets secondaires néfastes que pour certaines parties de la population, telles que les personnes présentant une mutation ou une maladie génétique spécifique.
L’étude réalisée par l’équipe de la science cardiovasculaire assistée par ordinateur a démontré que les modèles informatiques de cellules cardiaques sont plus précis que les expériences sur animaux pour prédire les effets secondaires induits par le médicament sur le cœur chez l’homme. Cette recherche a remporté un prix international en raison de son potentiel de remplacement de l'expérimentation animale en laboratoire.
Nous avons intégré cette technologie à un logiciel, baptisé Virtual Assay, que les non-experts peuvent facilement utiliser pour la modélisation et la simulation.
Le logiciel offre une interface utilisateur simple pour Microsoft Windows dans laquelle une population de contrôle de cellules cardiaques saines avec des propriétés spécifiques, basée sur des données humaines, peut être construite. Il peut ensuite être utilisé pour effectuer des essais de médicaments simulés par ordinateur, appelés essais in silico, avant d'analyser les résultats. L'ensemble du processus est très rapide: il faut moins de cinq minutes avec un ordinateur portable moderne pour tester un médicament dans une population de 100 modèles de cellules cardiaques humaines.
Plusieurs sociétés pharmaceutiques utilisent et évaluent déjà Virtual Assay, disponible avec une licence universitaire gratuite et pouvant être utilisé par les cliniciens et les sociétés pharmaceutiques.
Cette recherche s'inscrit dans un mouvement plus vaste d'intégration de modèles informatiques pour les tests d'innocuité des médicaments, qui comprend l'initiative Comprehensive In vitro Proarrhythmia Assay, promue par la US Food and Drug Administration et d'autres organisations.
Repousser les limites de l'informatique
Alors que les simulations de cellules cardiaques peuvent s'exécuter en quelques minutes, les modèles informatiques 3D de tout le cœur nécessitent toujours une énorme quantité de calcul. Un battement de coeur, par exemple, peut prendre environ trois heures dans un supercalculateur avec près de 1 000 processeurs.
Nous travaillons maintenant sur des simulations 3D du cœur pour explorer la sécurité et l'efficacité cardiaques des médicaments à plus grande échelle. Il comprend une exploration des maladies, telles que l’ischémie aiguë - où le flux sanguin dans l’une des artères entourant le cœur est obstrué. Cette recherche fait également partie du projet européen CompBioMed visant à créer des modèles informatiques pour l’ensemble du corps humain: un être humain virtuel.
En réunissant les universités, l'industrie pharmaceutique et les organismes de réglementation, nous espérons accélérer l'adoption de méthodologies in silico à base humaine pour l'évaluation de l'innocuité et de l'efficacité des médicaments cardiaques.
Les simulations sur ordinateur constituent une alternative plus rapide, moins chère et plus efficace aux expériences sur animaux. Elles joueront bientôt un rôle important dans les premières étapes du développement d'un médicament.
Cet article a été publié à l'origine sur The Conversation.
Elisa Passini, associée de recherche principale, Université d'Oxford
Blanca Rodriguez, chercheuse principale en sciences biomédicales fondamentales au Wellcome Trust, professeur de médecine informatique, chercheuse principale au sein du BHF CRE de l'Université d'Oxford
Patricia Benito, Université d'Oxford
