用“虚拟患者”进行临床试验,科学家首次证实其与传统真人试验一样有效 2024-07-31 21:04:34 撰文:ZS 编审:王新凯临床试验是药物开发过程中至关重要、不可或缺的一环,然而它同时也是整个临床实验中最复杂、耗时最长、耗费资金最大的一环。进入 21 世纪以来,随着传统化学药物的研发进入瓶颈,新药研发的成本正在快速攀升。2003 年,单个新药研发的成本为 8 亿美金,而在 2016 年,成本已经飞涨至 26 亿美金。此外,传统临床试验必须招募人体受试者,尽管大量的临床前研究已经初步证明了受试药物的安全性,但是由于人体的复杂性且任何药物理论上都有一定的副作用,因此人体试验不可避免的会对受试者造成一定的伤害。近日,来自英国利兹大学计算机学院生物医学计算成像和模拟技术中心的 Alejandro F. Frangi 教授带领的研究团队,成功使用 “虚拟人群” 评估了分流器在脑动脉瘤中的效果,仅用了数月时间,就复现了 3 项真实临床实验的结果。这一研究也首次证实了使用计算机建立的虚拟患者模型来进行临床实验与传统临床实验一样有效。 该研究以 “In-silico trial of intracranial flow diverters replicates and expands insights from conventional clinical trials” 为题,发表在最新一期的 Nature Communication 杂志上。英国利兹大学计算机学院生物医学计算成像和模拟技术中心 Ali Sarrami-Foroushani 教授为本研究第一作者,Alejandro F. Frangi 教授为本研究通讯作者。对于这一研究结果,负责此研究的 Frangi 教授表示,“我们的研究证实了计算机模拟人体试验的巨大潜力,通过计算机模拟人体临床试验不仅可以复现传统临床试验的结果,而且计算机模型的时间成本和资金成本都非常低。例如,传统的临床试验从设计到完成需要 5-8 年的时间,而计算机模型一般可以在不到 6 个月的时间内完成。” 计算机模拟临床实验在新药研究的过程中,临床研究是监管部门要求的必不可少的环节,包括临床前动物试验和临床人体试验。然而动物实验往往并不能准确预测药物在人体中的反应,同时这些新药不可避免会给受试人体带来副作用。由于这些因素,科学家正积极探索替代方法。计算机建模是很有希望实现这一目的的技术之一。这项 “硅基” 技术通过模拟人体生理来预测新药在人体中的行为、药物作用的位置,乃至可能的副作用。据此,研究人员可以在进行动物实验之前改良药物结构,筛除毒性过强、不太可能起效的化合物,从而减少实验动物的用量。近年来,随着药物生理作用研究数据库的大幅扩张,几乎所有的制药公司都在新药研发过程中常态化使用计算机模型。 相比于传统方法,计算机模拟试验的好处主要有 5 点。第一,它能够在动物试验或动物研究之前获得更多的数据;第二,它能够将试验队列任意扩展至罕见、极端或难以招募表型的患者;第三,它可以直接比较同一虚拟群体中两种替代疗法的效果;第四,在实际具有挑战性的条件下直接评估医疗设备的可行性;第五,它还能减少新药研发所需的动物和人类数量,完善长期研究结果,减少患者痛苦。目前,多个国家的药物和医疗设备监管机构,例如 FDA 等正在积极与生物医学建模和模拟机构合作,准备将计算机模拟的试验数据纳入监管程序或传统临床实验中,作为评估依据。 “虚拟人群” 进行临床实验靠谱吗?计算机模拟试验的出现,有望彻底改变临床实验的进行方式,减少开放新医疗设备和药物的时间及成本,并减少临床试验对人类和动物的伤害。虚拟患者群体的开发主要依据临床数据库,首先设定虚拟试验者的年龄、性别和种族,然后用数字模型模拟疾病对这些虚拟患者机体的影响,例如解剖学、物理学、生理学以及血液生化作用的影响,最后使用这些虚拟患者来进行试验,模拟治疗和干预措施的影响。为了验证虚拟患者进行临床试验是否有效,Frangi 教授选择利用模拟试验来评估分流器有效性,并调差模拟试验能否复制真实临床试验的结果。分流器是一种小型柔性网状管,医生一般通过导管将其引导至动脉瘤部位。一旦就位,分流器将沿着血管引导血液减少动脉瘤血流量,启动凝血过程,最终切断动脉瘤血液循环,从而治愈动脉瘤。为了证明虚拟模型的有效性,研究人员必须评估计算机模拟试验结果是否与之前三项经典的分流器有效性研究主要结果相一致。研究人员首先从临床数据库中提取了真实患者数据,构建了一个个虚拟的患者人群,确保虚拟患者在年龄、性别和动脉瘤特征方面与真实分流器临床试验中使用的患者非常相似。随后,研究人员利用计算机模型,分析分流器植入后如何影响虚拟患者的血流。通过分析每个患者的不同生理指标,例如血压等等,并对虚拟患者亚组进行分析。 图 | 计算机试验的工作流程最终,计算机模拟试验设计了 82 个虚拟参与者。而传统三大临床实验(PUFS、PREMIER、ASPIRe)分别有 109、141、207 名患者。计算机模拟试验的结果预测,血压正常的患者通过分流器治疗,将有 82.9% 的可能性成功。在传统临床实验中,正常血压人群成功治疗的比例分别为 86.8%、74.9%、76.8%,计算机模拟试验结果与这三项传统临床研究的结果在统计学意义上没有差异。由次可见,虚拟临床实验的确可以复现传统临床实验结果。此外,在模拟实验中,研究人员还可以随时调整计算机模型,随时验证自己的判断。例如,通过对不同生理条件下动脉瘤血液中的物理学和凝血建模,研究人员能否识别出中风风险较高的亚组,其中复杂形状大动脉瘤患者出血性中风的风险较高,而高血压亚组患者卒中风险较高。对此,Frangi 教授表示,“计算机模拟人体试验提供了一个虚拟试验的机会,可以充分探索传统临床试验无法研究的问题,只需根据自己的要求调整模型参数即可。通过计算机模型,临床医生和患者可以更安全、更及时地获得新的治疗技术。在某些情况下,计算机模拟试验甚至可以在不到 6 个月的时间中完成,相比于传统临床实验的 5-8 年,大大缩短了新产品研发的时间。”参考资料:http://www.leeds.ac.uk/news/article/4848/huge_potential_in_virtual_clinical_trialshttps://www.nature.com/articles/s41467-021-23998-w 赞 (0) 相关推荐 【探索·神外 第四期】仿真模拟技术在神经外科的应用 "探索·神外" 系列,由天新福医疗·医学部牛博士精选国际上该领域的前沿学术技术资料,进行编译并将陆续推送.旨在为大家提供一些新视角.新资讯,欢迎选阅. 仿真模拟技术及相关模型在各种 ... 论岩土工程中的数值模拟的合理应用 自计算机问世以来,以其强大的计算能力使一些复杂的岩土工程计算.模拟通能力获得了空前的.飞跃式的提升,使很"土"的岩土工程终于披上了较为华丽的外衣,在一定程度上增强了岩土工程的内在素 ... 医学研究中的性别偏倚,严重影响女性的医疗健康 医学研究中的性别偏倚,严重影响女性的医疗健康 正确理解临床试验中的风险比(HR) 来源:医药魔方 2020-11-25 风险比(HR)通常用于报告肿瘤学随机临床试验的结果.然而,它们仍然是临床医生最困惑的概念之一.在新型靶向和免疫治疗研究进展层出不穷的今天,由于缺乏头对头对比,临床 ... NEJM:真的太神奇了!科学家首次证实,低体重新生儿出生后立刻恢复母婴皮肤接触,能使死亡风险相对下降... 看不少医疗类剧集时,奇点糕都看到过母亲和新生儿贴近,上演生命奇迹的情节,吸毒母亲生下的小宝宝毒瘾发作,但抓住母亲的手就迅速稳定下来:因羊水栓塞心跳停止的妈妈,在娃被放到胸口之后"死而复生&q ... 胡大一:辛伐他汀依折麦布显著减少高危患者的心血管事件首次证实非他汀类药物降胆固醇治疗可降低心血管事件... IMPROVE-IT 10年研究结果力证:辛伐他汀 依折麦布显著减少高危患者的心血管事件首次证实非他汀类药物降胆固醇治疗可降低心血管事件风险 365编辑 <选择性胆固醇吸收抑制剂临床应用中国专 ... 科学家首次证实银河系在踩刹车:暗物质或使其自转速度减慢 6月22日消息,近30年来,有理论曾预测银河系自转速度在减慢,但并没有实证.而据每日科技网21日报道称,银河系有一个由几十亿颗恒星组成的棒旋结构,数据和分析发现,自这个棒旋结构诞生以来,它的自转速度下 ... 历经40多年,科学家首次证实太空中存在芳烃分子 | 环球科学要闻 将环球科学设为星标 周一至周五 第一时间掌握 最新鲜的全球科技资讯 · 天文学 · 科学家首次证实太空中存在芳烃分子 图片来源:M. Weiss/Center for Astrophysics|Har ... 《科学》:中年发福的原因,咱们都搞错了!科学家首次证实,20-60岁的人新陈代谢能力并没有下降,代谢... 大人,时代变了! 在奔三奔四的路上越走越"宽",在幸福的路上无力挽救地发福,可不要全怪在新陈代谢上! 近日,<科学>杂志发表了一项重磅研究.人的代谢水平高峰期其实是在1 ... 科学家首次证实单克隆抗体可预防人类疟疾 来源:科技部生物中心 2021-09-04 16:49 近期,美国国立卫生研究院(NIH)的科学家首次证实单克隆抗体可以有效预防人类疟疾.相关研究成果在<The New England Jour ... 厉害了!美科学家首次证实:免疫疗法有望预防多种癌症 药物:SA-4-1BBL 杂志:Cancer Research 亮点:一种新免疫疗法,有望预防多种癌症 T细胞在对抗癌症的免疫防御中扮演着重要角色,其激活受T细胞.树突状细胞.肿瘤细胞和肿瘤微环境中巨 ... 华盛顿大学医学院临床二期试验:首次证实补充NMN改善糖尿病患者胰岛素敏感性 Click on the blue text above follow GeneChic 原文链接 https://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/ ... 《细胞》子刊:警惕免疫治疗相关静脉血栓!科学家首次发现,在接受免疫疗法的癌症患者中,静脉血栓栓塞症的... 每个硬币都有两面. 神奇如免疫疗法也是这样,它像我们所知道的任何一种药物一样,在发挥治疗作用的同时一定会伴随着产生副作用的风险. 来自美国克利夫兰医学中心的研究团队近日发表研究,证实在接受免疫疗法治疗 ...