Os Supercomputadores na Prevenção das Arritmias Cardíacas

As arritmias cardíacas provocadas pelos efeitos colaterais de alguns medicamentos estão na base do estudo efetuado por um grupo de cientistas que recorreu à supercomputação para desenvolver testes de cardiotoxicidade, e fazer a triagem das substâncias inofensivas daquelas que são capazes de induzir à arritmia mortal.

Um grupo de cientistas da University of California, em Davis, USA, acedeu através da plataforma XSEDE aos melhores supercomputadores do mundo para levar a cabo um estudo sobre as interações de alguns medicamentos capazes de provocar arritmias mortais, conforme notícia do HPC Wire.

Com aproximadamente 130 000 átomos no nosso sistema, os cálculos deste estudo envolveram biliões de etapas individuais para se obter uma simulação de alguns microsegundos de todos os átomos, que possibilitasse obter informação suficiente e detalhada de como as drogas atuam no nosso organismo. Para as vastas e intensas simulações realizadas, os cientistas utilizaram o Stampede2 do Texas Advanced Computing Center (TACC), o Comet do San Diego Supercomputer Center (SDSC), o Blue Waters do National Center for Supercomputing Applications, o Anton2 do Pittsburg Supercomputing Center (PSC) e ainda o Frontera, também instalado no TACC.

As arritmias podem ser fatais e são a causa de morte de centenas de milhares de pessoas todos os anos só nos USA. Segundo a Cleveland Clinic, o sistema bioelétrico do coração fica confuso e o mau funcionamento pode originar batimentos cardíacos descontrolados, suprindo o sangue do corpo e do cérebro.

Os efeitos colaterais dos medicamentos relacionados com as arritmias cardíacas são uma das principais causas da remoção de medicamentos do mercado há décadas, e levou a que fossem introduzidos novos procedimentos nos testes às drogas medicamentosas. A FDA, Agência Federal do Departamento de Saúde e Serviços Humanos dos Estados Unidos, passou a exigir que fosse medido o tempo médio entre duas ondas (“Q” e “T”) nos eletrocardiogramas dos pacientes. Quanto mais a onda se alongava quando a medicação estava a ser tomada, maior era o risco de arritmia. No entanto, os falsos positivos eram um problema, e substâncias inofensivas como o suco de toranja, por exemplo, que também prolonga o intervalo QT, poderiam potencialmente levar a rejeições desnecessárias de medicamentos úteis e seguros.

“Propusemo-nos tentar resolver este problema e construir um pipeline computacional que possibilitasse fazer a triagem da cardiotoxicidade dos medicamentos“, disse a Dra. Colleen Clancy (Professora do Departamento de Fisiologia e Biologia de Membranas e do Departamento de Farmacologia da UC Davis). Clancy e os seus colegas de equipa escolheram duas substâncias que prolongam o intervalo QT: a dofetilida, que causa arritmia, e a moxifloxacina, conhecida por ser muito segura para a grande maioria das pessoas.

Para esta primeira etapa do estudo os investigadores escolheram o canal de potássio hERG, um canal crítico que medeia a atividade elétrica do coração, como alvo para a interação com as substâncias a simular. Foram realizadas simulações a várias escalas das interações dos medicamentos com este canal, culminando numa simulação de todos os átomos com uma duração de vários microsegundos, de forma a prever-se a cardiotoxicidade de cada medicamento. Ao utilizar o pipeline delineado foi possível distinguir-se como os dois medicamentos afetam o risco arrítmico.

“O grande desafio computacional é o facto do sistema que estudamos ser bastante grande”, disse o co-autor Igor Vorobyov, Professor Assistente nos mesmos departamentos que a Dra. Clancy.

Agora, não estamos limitados aos nossos próprios recursos”, acrescentou. “Podemos usar os principais recursos computacionais do mundo inteiro para fazer os cálculos necessários. E isso muda totalmente a nossa perspectiva enquanto cientistas ao mesmo tempo que podemos usar estes recursos para promover a ciência e sentir que pertencemos à grande comunidade de cientistas que serve o bem maior dos EUA e da comunidade Mundial.”

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