Matematik erstatter dyrefors?g
”Vi er i dag n?et s? langt, at l?gerne kan begynde at bruge resultaterne af vores modeller til beslutningsst?tte i behandlingen af rigtige patienter”.
S?dan lyder det fra professor i matematik ved Roskilde Universitet, Johnny T. Ottesen, som forsker i at udvikle matematiske modeller af kroppens organsystemer.
Han har netop modtaget en Nordisk Forskningspris, som ?rligt tildeles en forsker, som har udm?rket sig ved banebrydende forskning i metoder, der kan erstatte dyrefors?g.
Johnny T. Ottesen har bl.a. bidraget med ny viden om centrale mekanismer i blodkredsl?bet og det respiratoriske system. Modellen simulerer bl.a. reguleringen af blodkredsl?bet og kemiske stoffers optagelse, nedbrydning og udskillelse.
Forskningen har stort potentiale p? en lang r?kke omr?der. Fx i forhold til arbejdet med at erstatte anvendelsen af fors?gsdyr inden for medicinudvikling og giftighedstestning. De matematiske modeller over kroppens kredsl?b kan give ny viden om almindelige folkesygdomme som hjertekarsygdomme, forh?jet blodtryk, stress, depression eller diabetes - med bedre diagnoser, behandlingsformer og medicinudvikling til f?lge.
Et meget stort antal fors?gsdyr anvendes til fors?g rettet mod netop disse sygdomme.
Depression og forh?jet blodtryk
Kan du give et eksempel p?, hvordan matematiske modeller kan hj?lpe os til at forst? nogle sygdomme?
”I forbindelse med depression har man fx en idé om, hvad der er for nogle mekanismer, der foreg?r i kroppen. Hvis der bliver produceret mere af et bestemt hormon, s? p?virker det en anden kirtel, som s? p?virker en anden kirtel, som s?… ja, systemet bliver hurtigt meget uoverskueligt,” forklarer Johnny T. Ottesen og uddyber:
”Man mener, at langt de fleste former for depression h?nger sammen med et system med et antal kirtler, der producerer hormoner, som i de forkerte koncentrationer og rytmer g?r os depressive.”
N?r man i dag vil udvikle ny medicin mod depression, kigger man typisk p?, om man har et stof, der virker mod nogle typer af depression - faktisk kigger man efter stoffer, der ligner de, som vides at reagere p? bestemte receptorer – og om der findes et stof, der ligner det, som s? m?ske ogs? kunne virke.
”Derefter pr?ver man det typisk af p? dyr. For at se om de d?r, om medicinen giver bivirkninger, eller om det m?ske bare ingen effekt har,” fort?ller Johnny T. Ottesen.
”Hvis man nu i stedet for kunne beskrive det her system af kirtler og hormoner i matematiske ligninger… Hvor meget p?virker det her stof den her kirtel, som s?…. ”
G?r det usynlige synligt
Men kender man medicinens virkning p? systemet, f?r man har testet det i virkeligheden?
”Som modell?r skal man have input, der siger, at man tror, det h?nger sammen p? en bestemt m?de. Dette er normal akkumuleret viden gennem tiden, f?rst og fremmest opsamlet fra mennesker, men det kan ogs? v?re fra tidligere udf?rte dyrefors?g.”
”S? kan man opstille ligninger, pr?ve at regne det igennem. Man drejer p? de her forskellige s?kaldte ’konstanter’, der optr?der i ligningerne. Fx i forhold til koncentrationen af stoffet kortisol, som man mener er med til at g?re os deprimerede. Man kan sp?rge, hvad der skal til for at vores matematiske ligninger producerer den samme h?je m?ngde kortisol og de samme rytmiske variationer, som ses i blodpr?ver fra mennesker. Man kan unders?ge hvilke konstanter, og dermed hvilken mekanisme, der har med depression at g?re. Det ville m?ske kr?ve tusindvis af dyrefors?g at f? svar p? noget, som én ligning ville kunne give svaret p? uden brug af dyr”.
”Pointen er, s?dan lidt slagords-agtigt formuleret, at matematikken kan hj?lpe med at g?re det usynlige synligt.”
Dyrefors?g
En anden v?sentlig problematik er, hvordan man p?f?rer et fors?gsdyr, f.eks. en rotte, en bestemt psykisk lidelse, f.eks. depression.
”Det er ikke s? nemt,” fort?ller professoren og forklarer, at man g?r noget ’temmelig v?mmeligt ved dyrene’ for at f? dem i en bestemt psykisk tilstand.
”I nogle tilf?lde laver man druknefors?g, hvor dyrene ender med at overleve, og det g?r man s? m?ske 10 gange, indtil dyret er helt apatisk.”
Et af problemerne er, at man ikke ved, hvad det egentlig er for nogle mekanismer i kroppen, der f.eks. g?r os deprimerede, eller giver os forh?jet blodtryk:
”N?r man f?r konstateret forh?jet blodtryk, s? f?r man en eller anden pille, der statistisk set virker p? 70 pct. af alle med forh?jet blodtryk. L?gerne laver en evidens-baseret symptom-behandling. Men det, jeg gerne vil beskrive, det er – hvad det egentlig er, der g?r, at man er deprimeret. Og her kan de matematiske modeller hj?lpe.”
Sikker viden?
Hvordan kan man med matematikken v?re sikker p?, at der ikke kunne ske noget uforudset i forhold til, hvordan kroppen vil reagere p? en bestemt type medicin fx?
”Det kan man heller ikke. Men der vil jeg g? s? vidt som til at sige: det kan du dybest set ikke med nogen ting her i verden. Menneskekroppen, og visse andre systemer, er s? komplicerede, at vi er meget langt fra at have et perfekt fuldendt billede af den. Men n?r man laver sine beregninger, er det selvf?lgelig en kunstart at tage det rigtige med, og sk?re det overfl?dige fra s?ledes at modellerne ikke er forkerte.”
Men hvordan kan I lave en model, der forudser, hvad der sker i kroppen – biologien m? vel komme f?rst – og s? kan I efterf?lgende beskrive det med matematikken?
’Jeg vil sige, at det er en vekselvirkning. Modellerne kan bruges p? mange forskellige m?der. I 1628 proklamerede Willian Harvey opdagelsen af blodkredsl?bet. Det nye var, at det er det ’samme’ blod, der cirkulerer rundt i kroppen. Dette skete 50 ?r f?r man kunne se de mindste ?rer, der lukkede kredsl?bet (det kr?vede opfindelsen af lysmikroskopet). Harvey’s argument var en simpel matematisk modelberegning. Hermed havde matematikken gjort det usynlige synligt. Det fantastiske i historien er, at denne modelberegning ?ndrede p? den meget segmenterede dogmatiske opfattelse, som havde eksisteret i et par tusinde ?r forud og som samtidig havde kirkens velsignelse.
”En anden m?de at bruge modeller p? er, at man kan g? ind og skrue p? alt f.eks. kemiske reaktionskonstanter, bio-tilg?ngelighed mm. som det ellers ville kr?ve mange tusinde fors?gsdyr, at teste i ’virkeligheden’.”
I beregner noget ud fra matematik; en form for sandsynlighed. Kan man sige, at det ikke er dokumenteret, at det rent faktisk forholder sig s?dan?
”Ja, ikke i den forstand, som de fleste nok t?nker. Men det er der som sagt ikke ret mange ting her i verden, der er.”
”Hvis du tager en samfundsm?ssig sp?rgeskemaunders?gelse, s? dokumenterer den sj?ldent s? meget. Folk svarer sj?ldent p? det, de bliver spurgt om. Inden for naturvidenskab forholder det sig lidt anderledes, men her er det sj?ldent, at man m?ler noget direkte. Som regel m?ler man noget, og s? bruger man en matematisk model til at beregne sig frem til et eller andet, som man s? siger, at man har m?lt.”
Ikke en naturlov
Johnny T. Ottesen bruger Ohms lov som et eksempel.
U(elektrisk sp?nding) = R(modstand) x I (elektrisk str?m)
Det er en model og ikke en naturlov, forklarer han:
”Hvis man skal bestemme, hvor stor modstanden (fx en kobberledning eller noget v?v) er, s? ’st?r det ikke p? naturen’ hvad R er, og man m?ler heller ikke modstanden direkte – man m?ler derimod sp?nding U og str?m I (vha. andre modeller) og derudfra beregner man s? modstanden R som U divideret med I.”
Men hvis der er nogen, der har pr?defineret det, hvordan kan man s? vide, det er rigtigt?
”Det er netop min pointe. Enten kan du ikke vide noget som helst, eller ogs? skal man opdage, at noget viden er mere sikkert end andet. Naturvidenskab er normalt det, man kalder sikker viden, men denne viden bygger altid i et eller andet omfang p? matematisk modellering. Man har ikke mere vished for ting, der kommer fra et laboratorium end ting, der kommer fra en matematisk model.”
Fakta
I Danmark bruges omkring 360.000 fors?gsdyr om ?ret (338.285 i 2006), fortrinsvis mus og rotter, men ogs? en del fisk og svin. Medicinaltt备用网址en Novo Nordisk brugte i 2007 54.675 fors?gsdyr. Kilde: Wikipedia