Diese einzigartige Identität bedeutet, dass ein "one size fits all"-Ansatz nicht mehr als der beste Weg zum Umgang mit unserer individuellen Gesundheit akzeptiert wird. Es besteht ein Bedarf an neuen „personalisierten“ Ansätzen, um unsere Gesundheit besser zu managen und Therapien gezielt einzusetzen, um optimale Gesundheitsergebnisse zu erzielen.
Durch die Kombination und Analyse von Informationen über unser Genom, mit anderen klinischen und diagnostischen Informationen, Muster identifiziert werden können, die helfen können, unser individuelles Krankheitsrisiko zu bestimmen, Krankheiten früher erkennen und die wirksamsten Maßnahmen zur Verbesserung der Gesundheit bestimmen, seien es Medikamente, Lifestyle-Entscheidungen, oder sogar einfache Ernährungsumstellungen.
Forscher, geleitet von Prof. Ines Thiele, ein leitender Prüfarzt am APC Microbiome Ireland SFI Research Centre, der an der National University of Ireland ansässig ist, Galway, haben Ganzkörper-Computermodelle entwickelt - Harvey und Harvetta.
Diese virtuellen Menschen repräsentieren den Ganzkörperstoffwechsel, Physiologie, Ernährung und Darmmikrobiom. Diese neuen Modelle sagen erfolgreich bekannte Biomarker erblicher Stoffwechselerkrankungen voraus und ermöglichen die Erforschung potenzieller metabolischer Interaktionen zwischen dem Menschen und seinem Darmmikrobiom auf persönlicher Ebene.
Präzision, oder personalisiert, Medizin erfordert realistische, mechanistische Computermodelle, die die Komplexität des Menschen erfassen und die Physiologie jedes Einzelnen repräsentieren, Ernährungsgewohnheiten, Stoffwechsel und Mikrobiome. Die Molekularbiologie hat große Einblicke in die "Stückliste" für menschliche Zellen gebracht, Es bleibt jedoch eine Herausforderung, diese Teile in einen virtuellen ganzen menschlichen Körper zu integrieren.
Das Projekt Virtual Human Physiome hat umfassende Computermodelle über die Anatomie und Physiologie menschlicher Organe generiert, muss jedoch noch mit Prozessen auf molekularer Ebene und ihren zugrunde liegenden Gennetzwerken in Verbindung gebracht werden. Proteine, und biochemische Reaktionen.
Das Team um Prof. Thiele hat sich dieser Herausforderung gestellt, um das erste Ganzkörper-, geschlechtsspezifisch, organaufgelöste Computermodelle des menschlichen Stoffwechsels, die Anatomie und Physiologie mechanistisch mit Stoffwechselprozessen auf molekularer Ebene verbinden. Ihre Studie wurde heute in der renommierten Fachzeitschrift Molecular Systems Biology veröffentlicht.
Harvey und Harvetta sind virtuelle männliche und weibliche Stoffwechselmodelle des Menschen. bzw, basierend auf Literatur und Daten zum menschlichen Stoffwechsel, Anatomie und Physiologie sowie biochemische, metabolomische und proteomische Daten.
Sie sind als Ganzkörper-Stoffwechselmodelle anatomisch miteinander verbunden, bestehend aus über 80, 000 biochemische Reaktionen verteilt auf 26 Organe und 6 Arten von Blutzellen. Außerdem, sie können um den mikrobiellen Stoffwechsel des Darms erweitert werden. Diese einzigartigen Modelle ermöglichen die Erstellung personalisierter Ganzkörper-Stoffwechselmodelle unter Verwendung der physiologischen, genomisch, biochemische und mikrobiomische Daten.
Die Erstellung personalisierter Ganzkörper-Stoffwechselmodelle ist eine interdisziplinäre Anstrengung. Die Entwicklung von Ganzkörpermodellen des Stoffwechsels erforderte die Entwicklung neuartiger Algorithmen und Software für die Constraint-basierte Modellierung hochdimensionaler biochemischer Netzwerke.
Ein Ganzkörpermodell wird erstellt, indem mit einer Reihe von anatomisch miteinander verbundenen generischen Rekonstruktionen des menschlichen Stoffwechsels begonnen wird. "
Ronan Fleming, Studien-Co-Autor und Assistenzprofessor, Leiden Akademisches Zentrum für Arzneimittelforschung, Universität Leiden
"Dieses Entwurfsmodell hatte über 300.000 Dimensionen, die dann mit effizienten Algorithmen und Hochleistungsrechenanlagen auf etwa 80.000 organspezifische Reaktionen reduziert wurde."
„Harvey und Harvetta werden eine neue Ära für die Erforschung kausaler Wirt-Mikrobiom-Beziehungen einläuten und die Entwicklung gezielter diätetischer und mikrobieller Interventionsstrategien erheblich beschleunigen“, sagte Prof. Ines Thiele, die die Forschung leiten.
„Diese Modelle könnten Einblicke in Signalwege beschleunigen, die an der geschlechtsspezifischen Krankheitsentwicklung und -progression beteiligt sind. dank der Möglichkeit, die Ganzkörper-Stoffwechselmodelle mit klinischen, physiologische, und Omics-Daten, sie stellen einen bedeutenden Schritt in Richtung personalisierter, prädiktive Modellierung von Ernährungs- und Arzneimittelinterventionen und Arzneimitteltoxizität, die das Herzstück der Präzisionsmedizin ist."
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