Digital tvilling hjälpreda vid inflammatoriska sjukdomar
Autoimmuna sjukdomarCellerGenetikLäkemedelNeurologiska sjukdomarSjukdomar som MS och ledgångsreumatism kan skilja sig stort mellan patienter. Men med hjälp av digitala modeller har forskare fått en bättre bild av mekanismerna bakom inflammatoriska sjukdomar – något som kan leda till skräddarsydda behandlingar.
Många patienter med sjukdomar som ledgångsreumatism, Crohns sjukdom, MS och ulcerös kolit mår aldrig riktigt bra trots medicinering.
Vid en inflammatorisk sjukdom ändrar tusentals gener sin samverkan i olika organ och celltyper. Dessutom skiljer sig sjukdomsförloppet åt mellan patienter med samma diagnos. Det kan även variera hos samma patient vid olika tidpunkter.
De komplexa och varierande förändringarna försvårar diagnos och behandling.
Forskare vill skräddarsy medicinering
I ett projekt som pågått i fem år har forskare från Karolinska institutet velat skräddarsy medicinering till enskilda patienter genom att konstruera och databehandla deras digitala tvillingar, det vill säga digitala modeller av varje patients unika sjukdomsmekanismer.
Forskargruppen har nu funnit en möjlig lösning. Förändringarna kan organiseras i så kallade molekylära program. Dessa program regleras av ett begränsat antal ”av- och på”-proteiner, så kallade styrproteiner.
Flera av dessa är kända mål för läkemedelsbehandling, till exempel med TNF-hämmare. Men det är inte ett behandlingsalternativ som hjälper alla.
– Våra analyser av patienter som svarade eller inte svarade på TNF-behandling visade olika styrproteiner hos olika individer. Ett annat viktigt fynd var att styrproteinerna inte stängde av sjukdomarna utan snarare fungerade som dimmers som ökade eller minskade sjukdomsprogrammen, säger Mikael Benson, forskare vid Karolinska institutet.
Digitala tvillingar ger nya möjligheter
Varje process i kroppens olika organ kan beskrivas med matematiska ekvationer. Denna avancerade digitala beräkningsmodell kan anpassas efter en individs unika förutsättningar genom att analysera alla enskilda geners aktivitet i var och en av tusentals enskilda celler från blod och vävnad.
En sådan digital tvilling kan bland annat användas för att beräkna vad som händer i kroppen om en förutsättning förändras, till exempel dosering av ett läkemedel.
Med hjälp av digitala tvillingar ser forskarna nya möjligheter för effektiva behandlingar av svåra sjukdomar.
– Metoderna kan utvecklas för att skräddarsy rätt kombination av mediciner mot på-proteiner till enskilda patienter. De program vi beskriver kommer finnas tillgängliga för forskarsamhället med målet fler kliniska studier av patienter med olika immunsjukdomar, säger Mikael Benson.
Ny bild av ledgångsreumatism
I den aktuella studien har forskarna kombinerat analyser av en musmodell av ledgångsreumatism och digitala tvillingar av patienter med olika inflammatoriska sjukdomar.
– Trots att bara lederna var inflammerade hos mössen fann vi att tusentals gener ändrade aktivitet i flera olika celltyper hos tio olika organ, bland dem hud, mjälte, lever och lungor. Det är mig veterligen första gången forskningen får en så bred bild av hur många organ som påverkas vid ledgångsreumatism. Bland annat för att det är svårt med fysisk provtagning för så många olika organ, säger Mikael Benson.
Forskningsprojektet är ett samarbete mellan forskare vid Karolinska institutet, Linköpings universitet, Harvard-universitetet och andra universitet i USA, Kina och Korea.
Studie:
Multi-organ single cell analysis reveals an on/off switch system with potential for personalized treatment of immunological diseases, Cell reports Medicine .
Kontakt:
Mikael Benson, forskare vid institutionen för klinisk vetenskap, intervention och teknik, Karolinska institutet, mikael.benson@ki.se.
