Questa identità unica significa che un approccio "taglia unica" non è più accettato come il modo migliore per gestire la nostra salute individuale. C'è una richiesta di nuovi approcci "personalizzati" per gestire meglio la nostra salute e per indirizzare le terapie per ottenere risultati di salute ottimali.
Combinando e analizzando le informazioni sul nostro genoma, con altre informazioni cliniche e diagnostiche, possono essere identificati modelli che possono aiutare a determinare il nostro rischio individuale di sviluppare malattie, rilevare la malattia prima e determinare gli interventi più efficaci per aiutare a migliorare la salute, siano medicine, scelte di vita, o anche semplici cambiamenti nella dieta.
Ricercatori, guidato dalla prof.ssa Ines Thiele, un ricercatore principale presso l'APC Microbiome Ireland SFI Research Centre, che ha sede presso la National University of Ireland, Galway, hanno sviluppato modelli computazionali per tutto il corpo - Harvey e Harvetta.
Questi umani virtuali rappresentano il metabolismo di tutto il corpo, fisiologia, dieta e microbioma intestinale. Questi nuovi modelli prevedono con successo biomarcatori noti di malattie metaboliche ereditarie e consentono l'esplorazione di potenziali interazioni metaboliche tra gli esseri umani e i loro microbiomi intestinali a livello personale.
Precisione, o personalizzato, la medicina richiede realismo, modelli computazionali meccanicistici che catturano la complessità dell'essere umano che rappresenta la fisiologia di ogni individuo, abitudini alimentari, metabolismo e microbiomi. La biologia molecolare ha fornito grandi informazioni sulla "lista delle parti" per le cellule umane, ma rimane difficile integrare queste parti in un intero corpo umano virtuale.
Il progetto Virtual Human Physiome ha generato modelli computazionali completi sull'anatomia e la fisiologia degli organi umani, ma deve ancora essere collegato ai processi a livello molecolare e alle loro reti di geni sottostanti, proteine, e reazioni biochimiche.
Il team del Prof Thiele ha affrontato questa sfida per sviluppare il primo corpo intero, specifico per sesso, modelli computazionali risolti da organi del metabolismo umano, che collegano meccanicamente l'anatomia e la fisiologia con i processi metabolici a livello molecolare. Il loro studio è pubblicato oggi sulla prestigiosa rivista Molecular Systems Biology.
Harvey e Harvetta sono modelli metabolici umani virtuali maschili e femminili, rispettivamente, costruito dalla letteratura e dai dati sul metabolismo umano, anatomia e fisiologia, nonché biochimica, dati metabolomici e proteomici.
Sono anatomicamente interconnessi come modelli metabolici di tutto il corpo, composto da più di 80, 000 reazioni biochimiche distribuite su 26 organi e 6 tipi di cellule del sangue. Inoltre, possono essere espansi per includere il metabolismo microbico intestinale. Questi modelli unici consentono la generazione di modelli metabolici personalizzati per tutto il corpo utilizzando i parametri fisiologici di un individuo, genomico, dati biochimici e microbiologici.
Generare modelli metabolici personalizzati di tutto il corpo è uno sforzo interdisciplinare. Lo sviluppo di modelli metabolici del corpo intero ha richiesto lo sviluppo di nuovi algoritmi e software per la modellazione basata su vincoli di reti biochimiche ad alta dimensionalità.
Un modello di corpo intero viene generato partendo da una serie di ricostruzioni generiche anatomicamente interconnesse del metabolismo umano. "
Ronan Fleming, Co-autore dello studio e assistente professore, Centro accademico di Leiden per la ricerca sui farmaci, Università di Leida
"Questa bozza di modello aveva più di 300 mila dimensioni, che è stato poi ridotto a circa 80mila reazioni organo-specifiche utilizzando algoritmi efficienti e strutture di calcolo ad alte prestazioni".
"Harvey e Harvetta inaugureranno una nuova era per la ricerca sulle relazioni causali ospite-microbioma e accelereranno notevolmente lo sviluppo di strategie di intervento dietetico e microbiche mirate", ha affermato la prof.ssa Ines Thiele, che guidano la ricerca.
"Questi modelli potrebbero accelerare la comprensione dei percorsi coinvolti nello sviluppo e nella progressione di malattie specifiche del sesso. Inoltre, grazie alla possibilità di personalizzare i modelli metabolici total body con clinici, fisiologico, e dati omici, rappresentano un passo significativo verso la personalizzazione, modellazione predittiva degli interventi dietetici e farmacologici e della tossicità dei farmaci, che è al centro della medicina di precisione".
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