Υπολογιστική μοντελοποίηση της ιστικής επιδιόρθωσης μετά από έμφραγμα του μυοκαρδίου σε πειραματόζωα

Abstract

Cardiovascular disease is one of the leading causes of death in the western world. Respectively, a great part of research focuses on the disease prognosis, diagnosis and treatment of cardiovascular disease. In particular, research has focused on the cardiovascular disease in men since they have dismal prognosis when compared to women. During research for cardiovascular disease and myocardial infarction, it has been observed that patients that received thyroxine replacement therapy had better prognosis as compared to patients that did not. Based on this observation, the question that came up was whether thyroxine supplementation could be used as a complementary treatment in the treatment of cardiovascular disease and myocardial infarction. The present work deals with this subject by using an in vivo model. This model utilized a rat experimental model where wistar rats have undergone surgical infarction and at the same time thyroxine was provided as supplemental treatment. Collected data have been analyzed with classical statistical methods as well as we have implemented machine learning algorithms such as hierarchical clustering, k-means and neural networks, in order to discover novel mechanistic roles of thyroxine in myocardial infarction.To the best of our knowledge this is a novel project, since studies on this subject are scarse. The expected results from our study is a more in-depth understanding of the role of thyroxine in cardiovascular disease and myocardial infarction.In the present study, we have attempted to create a novel in vivo model for the investigation of thyroxine and myocardial infarction. Factors studied included, thyroxine administration, operation type (sham operation) and coronary artery ligation (CAL) and time, since mice were studied for a total period of 2, 4 and 13 weeks. Our results showed that thyroxine has beneficial inpact on the mechanical and hemodynamical properties of the cardiac muscle. In particular, it appeared that scar size and scar weight were successfully fitted with respect to end-diastolic and end-systolic diameters, wall tension index and sphericity index. We were able to confirm our results with numerous methods since both the classical as well as machine learning methodologies lead us to similar conclusions.Further studies are required in order to gain more knowledge on the topic of the role of thyroxine in myocardial infarction.

Τα καρδιαγγειακά νοσήματα αποτελούν την πρώτη αιτία θανάτου στο Δυτικό κόσμο. Αντίστοιχη είναι και η έρευνα, η οποία έχει επικεντρωθεί τα τελευταία έτη στην πρόγνωση, διάγνωση και θεραπεία των καρδιαγγειακών νοσημάτων. Ειδικότερα, δε η έρευνα έχει επικεντρωθεί στους άνδρες, αφού τα εμφράγματα του μυοκαρδίου εμφανίζονται σε όλο και μικρότερες ηλικίες αλλά και με δυσμενέστερη πρόγνωση. Η έρευνα για την παθοφυσιολογία του εμφράγματος του μυοκαρδίου οδήγησε σε μια ενδιαφέρουσα παρατήρηση. Είχε φανεί ότι η ταυτόχρονη ύπαρξη στεφανιαίας νόσου με χρόνιο νόσημα του θυρεοειδούς κατά το οποίο ο ασθενής ελάμβανε θεραπεία υποκατάστασης, είχε ως αποτέλεσμα την καλύτερη έκβαση της καρδιακής νόσου και ως εκ τούτου του ασθενούς. Η παρατήρηση αυτή προκάλεσε το ερώτημα αν η θεραπεία υποκατάστασης στα νοσήματα του θυρεοειδούς, συσχετίζεται με την καλύτερη έκβαση στο έμφραγμα του μυοκαρδίου και αν η χορήγηση ορμονών του θυρεοειδούς και ειδικότερα θυροξίνης, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επικουρική θεραπεία στις καρδιοπάθειες.Το ερώτημα αυτό έχει απασχολήσει ερευνητικά τα τελευταία χρόνια το εργαστήριο Φαρμακολογίας της Ιατρικής Σχολής Αθηνών και έχουν εκπονηθεί σειρά επιστημονικών μελετών που έδειξαν οτι η χορήγηση θυρεοειδικής ορμόνης είναι καρδιοπροστατευτική τόσο οξεώς σε μοντέλα ex vivo όσο και χρονίως σε μοντέλα in vivo εμφράγματος του μυοκαρδίου. Με τις μελέτες αυτές έχουν επίσης φωτιστεί οι μηχανισμοί που βρίσκονται πίσω από τις δράσεις αυτές της θυρεοειδικής ορμόνης. Κατα συνέπεια, η θυρεοειδική ορμόνη μπορεί να αποτελέσει ένα παράδειγμα πρωτοποριακής θεραπείας επιδιόρθωσης του μυοκαρδίου μετά από στρές.επίμυων Τα καρδιαγγειακά νοσήματα είναι από τα πλέον μελετημένα βιοϊατρικά φαινόμενα και η πρόοδος σε αυτά έχει οδηγήσει στην καλύτερη αντιμετώπισή τους. Πάρα ταύτα, οι μηχανισμοί λειτουργίας του εμφράγματος παραμένουν άγνωστοι και ως εκ τούτου, απαιτούν περαιτέρω μελέτη. Η δημιουργία ενός in vivo μοντέλου για το ρόλο της θυροξίνης στο έμφραγμα του μυοκαρδίου αναμένουμε να συνδράμει προς την κατεύθυνση της δημιουργίας νέας γνώσης και την καλύτερη κατανόηση των παθοφυσιολογικών μηχανισμών του.Στην παρούσα μελέτη, προσπαθήσαμε να διερευνήσουμε το ρόλο της θυροξίνης σε ένα πειραματικό μοντέλο επίμυων. Η διερεύνηση έγινε με βάση το χρόνο, τον τρόπο επέμβασης και τη χορήγηση θυροξίνης. Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι η θυροξίνη έχει ευεργετική δράση στη συστολική ταχύτητα, το δείκτη σφαιρικότητας, το κλάσμα εξωθήσεως, τη διαστολική και συστολική διάμετρο και την τάση του καρδιακού τοιχώματος, ήτοι τις μηχανικές και αιμοδυναμικές ιδιότητες του καρδιακού μυ. Επίσης, είμασταν σε θέση να βρούμε συσχετίσεις μεταξύ των καρδιαγγειακών παραγόντων, όπως είναι η διαστολική και συστολική διάμετρος, το κλάσμα εξωθήσεως και ο δείκτης σφαιρικότητας και της επιφάνειας και βάρους του μετεμφραγματικού τραύματος του μυοκαρδίου. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώθηκαν τόσο από κλασσικές προσεγγίσεις όσο και μέσω μεθοδολογιών μηχανικής μάθησης.Ενώ τα τελευταία χρόνια μεγάλο μέρος της έρευνας έχει αφιερωθεί στη μελέτη του καρδιαγγειακού περαιτέρω μελέτες είναι απαραίτητες ώστε να κατανοήσουμε σε βάθος τη μηχανιστική των καρδιαγγειακών παθήσεων. Η ιδέα αυτής της μελέτης αποτελεί μια καινοτομία τόσο σε εθνικό όσο και σε διεθνές επίπεδο. επίμυων.Στα πλαίσια αυτά, η παρούσα μελέτη συγκέντρωσε και ομαδοποίησε δεδομένα πολλών ετών που υπήρχαν στο εργαστήριο της Φαρμακολογίας και επιχείρησε μια μετα-ανάλυση με εξελιγμένα υπολογιστικά και βιοπληροφορικά μοντέλα, όπως η μηχανική μάθηση. Η προσέγγιση αυτή μπορεί να βοηθήσει να κατανοήσουμε βαθύτερα τα αποτελέσματα και τους μηχανισμούς δράσης της θυρεοειδικής ορμόνης. Επιπλέον αποτελεί ένα πρώτο βήμα για την δημιουργία ενός μαθηματικού μοντέλου το οποίο θα έχει τη δυνατότητα να προσομοιώνει την εξέλιξη της καρδιακής ανεπάρκειας μετά από έμφραγμα του μυοκαρδιου και τη δράση νέων θεραπευτικών παρεμβάσεων. Η ιδέα αυτή αποτελεί μια καινοτομία τόσο σε εθνικό όσο και σε διεθνές επίπεδο.