Wie Tech Ende von Tieren in Drogen Tests bedeuten könnte

Wir befinden uns in einer pharmazeutischen Eiszeit, wo weniger Drogen entwickelt werden. Aber neue Computertechniken Modellierung und Bioingenieurwissenschaften könnte beleben die Industrie – und machen Tierversuche überflüssig

Denken Sie an eine Welt, wo weitere neue Medikamente schneller, sicherer und wenige, wenn überhaupt, in der Forschung verwendeten Tiere zur Verfügung stehen. Denken Sie an eine Welt, wo Sie sicher wissen, dass das Medikament, die, das Ihnen verschrieben werden, ist sicher für Sie. Dies ist, was Forscher auf einige der führenden Universitäten der Welt zu bewirken.

Wissenschaftler aus den Disziplinen möglichst weit voneinander entfernt wie Informatik und Biologie sind wachsende Mini-menschlichen Herzen in einem Labor oder die Erstellung eines Modells der menschlichen biologischen Systems auf einen gemeinsamen Computer-Chip. Ihr Ziel ist, um ein Ende der sogenannten "pharmazeutische Ice Age", einer Zeit der immer mehr Forschung aber weniger Medikamente erreichen die Regale der Stiefel zu bringen.

Laut dem Verband der britischen Pharmaindustrie es kann bis zu 12 Jahre dauern und £1 .15bn bevor ein neues Medikament erreicht die High Street. Für, dass eine Medizin 25.000 Chemikalien getestet, 25 mögliche Medikamente werden in klinischen Studien am Menschen gehabt haben, vielleicht fünf wird von den Regulierungsbehörden bestanden und nur einer wird von einem Drogen-Unternehmen vermarktet werden können. Auch danach haben eine ganze Reihe von Medikamenten aufgrund zuvor unerkannte Nebenwirkungen zurückgenommen.

Für manche ist die Schuld für dieses Einfrieren aufgrund der Pharmaindustrie Besessenheit mit Fusionen und Übernahmen oder eine Kultur, die Innovation hemmt. Für andere ist es ein Zeichen, dass es vielleicht einfach nicht viele chemische Verbindungen, die Interaktion mit dem Körper und haben eine positive Wirkung; oder auch, dass die Werkzeuge Wissenschaftler nutzen während der Entdeckung und Frühphase Tests bedeuten, dass die falschen Medikamente zu Studien an Menschen gehen.

Während Tierversuche eine regulatorische Anforderung für jede neue Medikamente sind, bleibt es eine ziemlich unberechenbar Anleitung, wie ein Medikament bei Menschen reagieren wird. Testen von Medikamenten auf Zellen in einer Petrischale erlaubt viel höheren Dosierungen als mit einem Tier, aber ist eine unzuverlässige Anleitung, wie sie mit dem menschlichen Körper interagieren könnte. Virtuelle Computer-Modelle der voraussichtlichen Auswirkungen eines Medikaments haben auch bisher weitgehend auf die Reaktionen aus einer einzigen Zelle basiert.

Jetzt versuchen Wissenschaftler, neuen Technologie zu verwenden, zu Drogentests schneller, billiger – und genauer – Modellierung enger wie eine Chemikalie mit dem menschlichen Körper interagiert. Sie hoffen, dazu bis zu dem Punkt wo ein Medikament sicher für einen bestimmten Teil der Bevölkerung oder auch persönlich für Sie sicher erklärt werden könnte.

"In den letzten 15-20 Jahren gab es ein dramatischer Anstieg der Ergebnisse aus der biomedizinischen Forschung", sagt Richard Seabrook, Head of Business Development bei der Wellcome Trust. "Jedoch hat nicht dies zu einer ebenso dramatischen Zunahme neuer Arzneimittel genehmigt geführt." Es wurde ziemlich statisch in Europa und den USA. Dies kann sein, weil es ist ein relativ seltenes Ereignis für eine kleine chemische zur Interaktion mit dem menschlichen Körper und haben eine positive Wirkung."

Dr. Kathryn Chapman, Leiter Innovation und Übersetzung bei NC3Rs, dem nationalen Zentrum für Ersatz, Verfeinerung und Reduzierung von Tieren in der Forschung, sagt: "Es gab eine pharmazeutische Eiszeit in den letzten 20-25 Jahren. So haben die Menschen versucht, neue Möglichkeiten, Dinge zu tun, als die alten Methoden funktionieren nicht, und das Geld es dafür gibt zu finden. Das Problem mit diesen Technologien ist die Komplexität hinzufügen."

"Das Problem war, dass die Entdeckung neuer Medikamente als viel vergleichbar Wert von Analysten als die Entwicklung von Medikamenten gegeben hat nicht, die den Aktienkurs verändern kann", sagt Professor S John Lyon der Warwick Business School. "Die Entwicklung neuer Medikamente hat auch strenge Vorschriften vorgesehenen Gremien wie die FDA zu folgen."

Der Slogan für das Wyss-Institut an der Harvard University ist "biologisch inspirierte Technik". Professor Donald Ingber, Gründungsdirektor des Instituts, erfüllt dieses Ziel als einer der Pioniere des Konzepts eines "Organs auf einem Chip", die beinhaltet die Platzierung der menschlichen Zellen und Flüssigkeiten notwendig, um die Komplexität der menschlichen Physiologie auf einem kleinen Stück des durchsichtigen, flexiblen Silikon-Kautschuk die Größe eines USB-Sticks zu imitieren. In seinem neuen Anlauf, emulieren, werden diese Chips zum ersten Mal Massenware.

Die Chips haben Flüssigkeit fließt durch sie, so dass Sie können sie miteinander verbinden, erstellen eine "menschliche auf einem Chip" in Lunge, Leber, Darm, Haut, Nieren und Augen um zu simulieren, wie ein ganzer Körper mit einem neuen Medikament interagieren würde integriert werden können.

"Man könnte eine 2.000-Wort-Artikel nur auf dieser pharmazeutischen Eiszeit allein schreiben", lacht TED Sprecher Dr. Geraldine A Hamilton Wer arbeitet mit Ingber die Technologie entwickeln und vermarkten es, und wer bewegen, Präsident und CSO der emulieren werden in den kommenden Monaten.

"Die Strukturen finden Sie sich in arbeiten können Innovation ersticken. Jedes Mal, wenn Unternehmen fusionieren, sinkt Produktivität. Dann gab es ein Problem mit den Tools, mit denen sie während des Tests. Oft Zellen sind in einer einfachen Petrischale gebracht, aber sie leben in einem komplexen dynamischen ökologischen Umfeld miteinander. Tiere können nicht beim Menschen vorherzusagen wie Medikamente wirken werden. Verschiedene Tierarten können Ihnen verschiedene Antworten auf die Frage, ob ein Medikament für den Menschen giftig ist. Vertrauen welches Sie? Viele gute Medikamente sind zu diesem Zeitpunkt verloren.

"So dass wir die Bedingungen wiederherzustellen finden die Zellen sich in mittels Mikrotechnik, bieten ihnen die zelluläre Integration, Flüssigkeiten und auch mechanische Kräfte, denen sie verwendet, wie z. B. und Ausatmen sind. Wir können auch verbinden sie in unserer menschlichen Bioemulation Plattform zu modellieren und Krankheiten besser zu verstehen und zu untersuchen, wie Menschen auf Medikamente reagieren."

Bisher bedeutete die Komplexität von Chips hatten sie von hand gefertigt werden ihre Zahl zu begrenzen. Außerdem führte Variabilität, während sie reproduzierbar und robust sein müssen. In Partnerschaft mit Sony arbeitete das Team also, über Möglichkeiten zur Ausweitung der Herstellung. Dies ist der Schlüssel zur Umsetzung dieser Technologie für die Industrie, glaubt Hamilton.

Unterdessen hat Masse in den Laboren der Universität Abertay Dundee, Professor Nikolai Zhelev Tausende von Miniatur produziert, 1mm Durchmesser, kann 30 Mal pro Minute schlagen. "Dies ist das erste Mal war es möglich, Krankheiten, zu induzieren, so ist es ein spannender Bereich der Forschung," sagt Zhelev. "Nachdem sie anfangen zu schlagen, wir Chemikalien verwenden um die Zellen zu entwickeln, hypertrophe – erweiterte – und dann wir testen verschiedene Verbindungen und Drogen auf ihnen zu sehen, ob wir sie verhindern können hypertrophe oder sogar Everse Schaden."

Biosensoren oder Marker ermöglichen sein Team verfolgen einzelne Moleküle um zu sehen, die dazu führen, dass das Herz vergrößert werden, so dass sie neue Medikamente nur an diese Moleküle ausrichten können. Die Folgen davon sind wichtig. Zum Beispiel entwickelt sich ein Krebs-Medikament, das bereits in Studien am Menschen und erste Tests deuten darauf hin, es könnte funktionieren auf Full-Size-Herzen sowie.

"Mini-Herzen sind viel besser als mit Tieren um Medikamente zu testen – sie sind näher an die reale Sache und sie sollten die Zeit, die es braucht, um in Richtung klinischer Studien bewegen beschleunigen", sagt Zhelev.

"Unsere Mini-Herzen sind ein echtes biologisches System relevanten Antworten auf Drogen-Screening Bemühungen." Virtuelle Drogentests steht vor enormen Herausforderungen in solchen komplexen Systemen. Dies ist jedoch ein Bereich, der sich schnell mit der Entwicklung von mathematischen und rechnerische Modellierungsansätze schreitet."

Weit entfernt von der Petrischalen und Kittel, aber gleich um die Ecke von der Universität Oxford Tierversuche Labor und die Demonstranten außerhalb, Forscher im Department of Computer Science glauben, dass sie, einen Durchbruch bei der Nutzung von virtuellen Computermodellen simulieren Herzzellen und schließlich Haut gemacht haben, Gehirnzellen und ganze Organe für die schnellere und genauere Prüfung der Toxizität von Drogen in einem frühen Stadium. Ihre Forschung auf die virtuelle Test-Software zu entwickeln wurde von Engineering und Physical Science Council finanziert.

Statt verschieben ihre Forschungsergebnisse in die Privatwirtschaft, sie entschieden haben, bleiben Sie innerhalb der Universität und werden ihre Software kostenlos für Akademiker im September release und gegebener kann es als app-Style-Produkt für die pharmazeutische Industrie lizenziert werden.

"Es ist spannend, das Gefühl, dass Sie eine echte Grenze erkunden", sagt Doktorand Oliver Britton, einer von fünf Finalisten in der Kategorie Gesellschaft transformieren des Wettbewerbes 2014 UK IKT-Pioniere und auf deren Erforschung dieses Projekt basiert.

Virtuelle Computer-Modelle umfassen eine große Sammlung von Gleichungen, die beschreiben, wie Bestandteile einer Zelle interagieren miteinander und mit physikalischen Größen wie die Spannung der Zelle Membrane oder Konzentrationen von Chemikalien wie Kalzium und Kalium.

"Wir lösen diese Gleichungen mit dem Computer und auf diese Weise lässt sich simulieren, wie eine Herzzelle unter verschiedenen Bedingungen Verhalten könnte", sagt Britton.

"Eine Menge Skepsis in Bezug auf die Genauigkeit und Nützlichkeit von virtuellen Modellen kommt aus einem Missverständnis wie sie eingesetzt werden sollten,", sagt Blanca Rodriguez, Wellcome Trust senior Research Fellow im biomedizinischen Grundlagenwissenschaften. "Fragt man ein Modell dazu etwas und es können nicht dann Sie enttäuscht sein werden." In der Vergangenheit erklärt, könnte ein Modell einer Zelle verwenden so wenn du das rechnerische Experiment hast bekam Sie eine Ausgabe, die nur eine Zelle entsprachen. "Wenn Sie eine tatsächliche Experiment gemacht haben, würden Sie nie das Ergebnis nur eine Zelle Vertrauen da gibt es ein hohes Maß an Variabilität."

"So wir diese Idee mit einer Bevölkerung von vielfältigen Modelle einfallen lassen", sagt Britton. "Das war der entscheidende Schritt, da wir eine genauere Ergebnisse erzielen können indem Sie zuerst generieren viele verschiedene Modelle einer Zelle des menschlichen Herzens, dann simuliert, wie sie Kontrolle Bedingungen Verhalten würde und dann verwerfen diejenigen, die den Bereich der experimentellen Daten nicht passen, die wir zur Verfügung haben."

"Die Herausforderung ist, die Grenzen des Modells wie z. B. in Bezug auf was es vorhersagen kann, und starten Sie dann zu verfeinern, zu verstehen", so Rodriguez. "Der Erfolg hängt wie einfach es ist, zu verwenden."

Seabrook warnt, dass es "ein langer Weg" vor jeder dieser Technologien statt Tiere akzeptiert werden. "Es muss eine Menge sehr guter Beweis dafür, dass das Ergebnis der Verwendung dieser Technologies prädiktive des Geschehens im menschlichen Körper."

Das Problem sei, dass Prognosen über die Auswirkungen eines neuen Medikaments auf vorhandene Evidenz basieren. "Sie wissen nicht, was du nicht weißt, und du weißt nicht, wie eine Chemikalie im Körper verhält, bis Sie es tun."

"Wenn man darüber nachdenkt, eine Pille geschluckt um in den Darm, über den Darm aufgenommen werden und dann zu bekommen, wo die Krankheit ist, ob im Gehirn, Augen oder Lungen hat." So sind während dieses Prozesses Chemikalien ausgesetzt, Proteinen, Enzymen und Zellen so ist es schwer für jede Technologie zuverlässig vorherzusagen Interaktion mit menschlichen Körper."

Er akzeptiert diese Technologien bedeuten wir sollten dorthin schneller und je mehr Technologie ist verfügbar, desto schneller wird der Prozess sein, und desto leichter wird es sein, Ihre Bemühungen in aussichtsreiche Kandidaten für neue Medikamente genommen,. "Wenn du gehst zu scheitern, früh scheitern," sagt er.

Die Fahrt nach der Eiszeit schmelzen hat auch die Entwicklung neuer Ansätze wie Sie ermutigt, die DNA und menschliche Proteine verwenden. Kathryn Chapman erklärt sich damit einverstanden, dass die Technologie noch unbewiesen ist und jahrelange Daten benötigt werden, bevor Sie es verwenden können, um zu beginnen, die Zahl der Tierversuche auf ein Minimum zu reduzieren.

"Es gibt eine starken kulturellen Denkweise über wie Sie Entwicklung Drogen zu tun. Es ist das Argument der Gerichtssaal. Wäre Sie glücklich stehen sich in einem Gericht für rechtswidrig zu erklären, warum Sie dieses Medikament an Tieren getestet hatte nicht?

"Dennoch, wenn der Prozess verändert und die Technologie ermöglicht aufgegriffen werden, dann wird das Ergebnis hoffentlich bessere Medikamente und schneller."

Im Juni, die US Food and Drug Administration (FDA) vorgeschlagenen Änderungen, wie Wirkstoffe werden bewertet, die könnte die Tür zu neuen Tools wie VirtualAssay. Letztlich können neue Techniken die Personalisierung der Medizin, erlauben, sodass"Sie sogar in der Lage, Ihre eigenen Stammzellen zu verwenden, um Nebenwirkungen auf Sie testen können. Das eine massive Verschiebung ", sagt Seabrook.

Für Bina Rawal, Forschungsdirektor bei der Association of British Pharmaceutical Industry, gehört dies eine "enorme Beschleunigung" in neue Konzepte zu testen. Dies ist bezeichnend für "eine kulturelle Verschiebung innerhalb Pharma auch", sagt sie. "Das Modell wurde angepasst um Kooperationen, Zusammenarbeit und offene Innovation. Diese Industrie ist traditionell sehr konkurrenzfähig, aber jetzt in der vorkommerziellen Phase gibt es mehr zu teilen, um jedem, der eine Sackgasse zu stoppen."

Vielleicht endet die Eiszeit.

* Wenn dieser Artikel wurde erstmals veröffentlicht es umfasste eine falsche Zahl für die Kosten für die Entwicklung eines neuen Medikaments, die korrekte Zahl ist 1 £.15bn, dies war am 27. August 2014 geändert.