Nieuwe wiskundige modellen voorspellen succes medicijnonderzoek

Publication date: 29-05-2015

Veel medicijnonderzoeken mislukken omdat resultaten bij proefdieren niet overdraagbaar blijken naar mensen. Nieuwe wiskundige modellen van het Centrum Wiskunde & Informatica (CWI) in Amsterdam kunnen nu voorspellen wat de overdraagbaarheid van resultaten tussen verschillende organismen zal zijn. Dit verhoogt de efficiëntie van medicijnonderzoek en zorgt ervoor dat er minder proefdieren nodig zijn. Het onderzoek werd deze week gepubliceerd in het blad Bioinformatics.

In medicijnonderzoeken testen medisch onderzoekers het effect van nieuwe medicijnen door deze aan proefdieren, zoals muizen, toe te dienen. Als dit een positief resultaat oplevert is de volgende stap het toedienen aan een klein aantal menselijke proefpersonen. Slechts 25% van de onderzoeken overleeft deze fase. De belangrijkste reden hiervoor is dat de resultaten bij proefdieren niet overdraagbaar blijken naar de mens. Een vroegtijdige voorspelling van overdraagbaarheid van resultaten voorkomt het verspillen van kostbare onderzoeksmiddelen en vermindert het aantal proefdieren dat nodig is voor medicijnonderzoek.

Celmechanismen

Het wiskundige model van het CWI zoekt patronen in grote netwerken van genen en stelt aan de hand daarvan vast welke celmechanismen door evolutionaire aanpassingen heen bewaard zijn gebleven. Vergelijkbare genactiviteit in twee organismen onder verschillende omstandigheden duidt op een mechanisme dat in beide organismen actief is. Dit mechanisme is dan waarschijnlijk ook op dezelfde manier met medicijnen te beïnvloeden. “Bestaande methoden zijn maar beperkt bruikbaar, omdat ze alleen overdraagbare mechanismen vinden als alle actieve genen exact bewaard zijn gebleven,” zegt Gunnar Klau, één van de leidende onderzoekers in dit project. “ Onze modellen zijn veel flexibeler. We zoeken naar patronen in een netwerk van genen, en vinden ook resultaten als niet alle betrokken genen dezelfde evolutionaire oorsprong hebben.”

Met deze methoden kan de overdraagbaarheid van experimentele resultaten op een bepaald celmechanisme tussen bijvoorbeeld mensen en muizen voorspeld worden. Dit verlaagt de kans op mislukte experimenten, zodat uiteindelijk minder experimenten en daarmee ook minder proefdieren nodig zijn.

Case study

In een case study waren de nieuwe modellen in staat te laten zien dat het differentiatieproces van het recent ontdekte celtype Th17, dat een belangrijke rol speelt in het immuunsysteem, bewaard blijft tussen mensen en muizen. Dit kan waardevol zijn voor het ontwikkelen van nieuwe behandelmethoden van verschillende ontstekings- en auto-immuunziektes, zoals reuma, psoriasis en MS.

Het project wordt geleid door het CWI, en is een samenwerking met het Nederlands Kanker Instituut (NKI), de Universiteit van Bordeaux en de Universiteit van Würzburg. De algoritmes zijn open en beschikbaar online.

 

Meer informatie
Volledige artikel (pdf)


Credit afbeelding: Marlies van der Wees


(1): Bron: Csermely, Péter, Tamás Korcsmáros, Huba J M Kiss, Gábor London, and Ruth Nussinov. 2013. “Structure and Dynamics of Molecular Networks: a Novel Paradigm of Drug Discovery: a Comprehensive Review..” Pharmacology & Therapeutics 138 (3): 333–408. doi:10.1016/j.pharmthera.2013.01.016.