功能强大的数字模型复制了心脏性猝死之前的生物学活动

一些心脏病患者面临心脏性猝死的高风险，当心律失常（心律不齐）破坏心脏的正常电活动并导致器官停止泵送时，可能发生心脏猝死。与心源性猝死有关的心律失常是非常罕见的，但是很难研究它们如何发生 以及如何预防。

为了更容易地发现是什么触发了这种致命的疾病，由约翰霍普金斯大学研究人员领导的一个研究小组构建了一个强大的新型计算机模型，能够复制在心脏骤停之前的心脏内的生物活性。

在PLOS计算生物学最近发表的一项研究中，研究小组报告说，数字模型已经产生了重要的线索，可以为制药商提供治疗目标。

约翰霍普金斯大学Raj和Neera Singh生物医学工程教授Raimond L. Winslow说：“我们第一次想出了一种方法，将心脏疾病中心血管分子机制如何决定心脏组织中心律失常的可能性。和研究的资深作者。

温斯洛说：“这一点非常重要，我们现在可以精确量化这些功能障碍如何驱动和影响心律失常的可能性，也就是说，我们现在有一个确定与这些心律失常有关的最重要的控制分子因素的方法“。

温斯洛说，有了这些知识，研究人员将能够更好地开发治疗方法，以防止形成致命的心脏节律。温斯洛说：“这可能导致更好的药物靶向正确的机制。“如果你能找到一个能阻断这种特殊行为的分子，那么这样做会大大降低心律失常的可能性，而其他操作则会产生相对微不足道的影响。”

这项研究的主要作者是马克·沃克（Mark A. Walker），他在温斯洛（Winslow）的监督下获得约翰·霍普金斯大学（Johns Hopkins）的博士学位。沃克说，他和他的同事们使用计算机模型来确定在三个生物水平上心律失常与心律失常有什么联系：在心脏组织，整个心脏细胞内，组成细胞的分子内，包括称为离子的小蛋白控制心脏中钙的运动的通道。

Walker说：“钙是心脏细胞功能的重要参与者。”他现在是哈佛大学和麻省理工学院附属研究中心Broad研究所的计算生物学家。“关于如何处理心脏细胞中的钙可以排序 - 发生故障，有很多有趣的问题。

沃克和他的同事们选择了关注这个过程的一个有趣的问题：当心脏细胞含有过多的钙，这可能发生在心脏病患者，这种钙超载如何触发心律失常？

研究小组发现，心脏细胞通过排出多余的钙而作出反应，并且这样做会产生电信号。如果偶然的话，同时产生足够多的这些信号，就会引发心律失常。

沃克说：“想象一下，如果你在一个房间里有一堆人，而你想要测试他们所在的地板的强度，”沃克说。“这不是一个很强的地板，所以如果有足够的力量，它会打破，你告诉大家，三个人跳到空中，他们都落在地板上，你试图找出什么是因为每个人的跳跃时间稍有不同，人们会权衡不同的数量，他们可能会跳到不同的高度，这些都是随机变量。

同样，Walker说，在试图确定足够的钙相关电信号将在心脏中同时放电以引发致命性心律失常的可能性时也存在随机变量。因为导致心源性猝死的情况非常罕见，所以很难预测。

沃克说：“你试图找出可能性是什么。“这样做的难度是，如果概率是百万分之一，那么你必须做几千万次试验来估计这个概率。我们在这项工作中取得的进展之一就是我们能够弄清楚只要做一些试验就可以做到这一点。“

沃克和温斯洛都警告说，目前，新的计算机模型无法预测哪些心脏病患者面临更高的心源性猝死风险。但他们表示，这个模式应该加快心脏研究的步伐，以及相关药物或基因治疗等治疗方法的发展。他们表示，这个模式将作为免费的开源软件共享。