La seguridad es fundamental antes de administrar nuevos medicamentos a los pacientes; por eso, cada año se prueban fármacos en millones de animales de todo el mundo para detectar posibles riesgos y efectos secundarios. Sin embargo, las investigaciones muestran que las simulaciones por ordenador del corazón pueden mejorar el desarrollo de medicamentos para los pacientes y reducir la necesidad de realizar pruebas con animales.
Hasta la fecha, las pruebas con animales han sido la estrategia más precisa y fiable para evaluar nuevos fármacos, pero son costosas, requieren mucho tiempo y, para algunas personas, son muy controvertidas.
También existe la posibilidad de que algunos efectos secundarios pasen inadvertidos debido a las diferencias entre los animales y los seres humanos. Por este motivo, los ensayos de fármacos plantean problemas particulares, y está claro que se necesitan nuevos métodos de prueba para desarrollar medicamentos mejores y más seguros.
Los seres humanos y otros animales
Cada año se utilizan diversas especies animales —como ratas, ratones, conejos, cobayas, perros y cerdos— en el desarrollo de fármacos para predecir los posibles efectos secundarios cardíacos en los seres humanos.
Aunque la biología subyacente es similar, las pequeñas diferencias entre las células animales y humanas se amplifican cuando un paciente toma un fármaco. Esto limita a alrededor de (del 75 % al 85 %)la precisión con la que se puede predecir el riesgo para los pacientes, según muestran las investigaciones, y también provoca la retirada de fármacos del mercado por problemas de seguridad cardiovascular.
Sin embargo, ahora es posible probar un nuevo fármaco cardíaco en un «ser humano virtual». Nuestra reciente investigaciónen el Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Oxford demuestra que los modelos computacionales que representan células cardíacas humanas tienen una precisión mayor (del 89 % al 96 %) que los modelos animales para predecir efectos adversos de los fármacos, como arritmias peligrosas —en las que el latido del corazón se vuelve irregular y puede detenerse.
Esto demuestra que los modelos computacionales humanos aportarían ventajas adicionales: reducirían el uso de experimentos con animales en las primeras etapas de las pruebas de fármacos; mejorarían la seguridad de los medicamentos y, por tanto, reducirían el riesgo para los pacientes durante los ensayos clínicos; y acelerarían el desarrollo de medicamentos para pacientes que necesitan atención sanitaria urgente.
Modelos informáticos del corazón
El biólogo británico Denis Noble empezó a experimentar con modelos informáticos del corazón en Oxford en 1960. Desde entonces, la tecnología ha evolucionado y está lista para integrarse en entornos industriales y clínicos.
Gracias a los datos experimentales obtenidos de seres humanos, ahora existen modelos informáticos humanos a distintas escalas, desde células individuales hasta corazones completos. Se pueden utilizar para estudiar el comportamiento del corazón humano en condiciones saludables o patológicas, así como bajo los efectos de los fármacos.
Además de un método que aplica un único modelo a todos los casos, también existen nuevos enfoques basados en poblaciones. Cada persona es diferente, y algunos fármacos pueden tener efectos secundarios perjudiciales solo para determinados grupos de la población, como las personas con una mutación genética o una enfermedad específicas.
El estudio del equipo de Ciencias Cardiovasculares Computacionales demostró que los modelos informáticos de células cardíacas humanas predicen con más precisión que los experimentos con animales los efectos secundarios de los fármacos sobre el corazón humano. Esta investigación ganó un premio internacional por su potencial para sustituir las pruebas con animales en los laboratorios.
Integramos la tecnología en un programa informático llamado Virtual Assay, fácil de usar para personas sin conocimientos especializados en modelización y simulaciones.
El programa ofrece una interfaz sencilla para Microsoft Windows que permite crear una población de control de células cardíacas sanas con propiedades específicas, a partir de datos humanos. Después, puede utilizarse para realizar ensayos de fármacos simulados por ordenador, conocidos como in silico —antes de analizar los resultados—. Todo el proceso es muy rápido: con un portátil moderno se tarda menos de cinco minutos en probar un fármaco en una población de 100 modelos de células cardíacas humanas.
Varias empresas farmacéuticas ya utilizan y evalúan Virtual Assay, que está disponible con una licencia académica gratuita y puede ser utilizado por profesionales clínicos y empresas farmacéuticas.
Esta investigación forma parte de una iniciativa más amplia para integrar modelos informáticos en las pruebas de seguridad de los fármacos, que incluye la iniciativa Comprehensive in vitro Proarrhythmia Assay, promovida por la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos y otras organizaciones.
Ampliar los límites de la informática
Aunque las simulaciones de células cardíacas pueden ejecutarse en pocos minutos, los modelos informáticos tridimensionales del corazón completo todavía requieren una enorme capacidad de cálculo. Por ejemplo, simular un latido puede llevar unas tres horas en un superordenador con casi 1.000 procesadores.
Ahora estamos trabajando en simulaciones tridimensionales del corazón para estudiar a mayor escala la seguridad y la eficacia cardíacas de los fármacos. Esto incluye explorar afecciones patológicas como la isquemia aguda —en la que se obstruye el flujo sanguíneo en una de las arterias que rodean el corazón—. Esta investigación también forma parte del proyecto europeo CompBioMed para crear modelos informáticos de todo el cuerpo humano: un ser humano virtual.
Al reunir a la comunidad académica, la industria farmacéutica y los organismos reguladores, esperamos acelerar la adopción de metodologías in silico basadas en seres humanos para evaluar la seguridad y la eficacia de los fármacos cardíacos.
Las simulaciones por ordenador son una alternativa más rápida, económica y eficaz a los experimentos con animales, y pronto desempeñarán un papel importante en las primeras etapas del desarrollo de fármacos.
