Kwantitatieve systeemfarmacologie (QSP) maakt gebruik van
computationele en wiskundige modellen om de wisselwerkingen tussen een medicijn
en het biologische systeem (d.w.z. het lichaam) te beschrijven, om daarmee het
op cellulair en biochemisch niveau te begrijpen. QSP-modellering kan daarmee
inzichten geven over hoe een ziekte kan worden beinvloed. QSP maakt het
mogelijk om kandidaat-medicijnen in wiskundige modellen te testen op hun kans
van slagen, ondersteunt rationele besluitvorming, en vermindert daarmee de kosten
en de tijd voor het ontwikkelen van nieuwe medicijnen (en combinaties daarvan).
Een QSP model maakt gebruik van vele lichaamsmechanismen
die bij een bepaalde ziekte betrokken kunnen zijn en de beinvloeding daarvan
door medicijnen. Daarvoor moeten we in
kwantitatieve termen weten wat het lichaam met het medicijn doet
(farmacokinetiek) en wat het medicijn met het lichaam doet (farmacodynamiek). Het QSP model kan dan gebruikt worden om te begrijpen en
te gaan voorspellen wat een bepaald medicijn in het lichaam zal gaan doen. Hier
kunnen we denken aan beinvloeding van cellulaire netwerken zoals bijvoorbeeld
de neuronale netwerken in het CZS voor een bepaald individu, door enerzijds de
ziekte, en anderzijds door het medicijn. Zo kunnen de werkzaamheid en
veiligheid van medicijnen door het QSP model voorspeld worden.
QSP modellen worden in toenemende mate gebruikt bij het
ontdekken en ontwikkelen van medicijnen om onderzoek en besluitvorming te
sturen op gebieden zoals:
Optimaliseren van de medicijndosis: Bij complexe ziekten zoals kanker, ziekten van het CZS (zoals
chronische pijn) en stofwisselingsziekten is doorgaans combinatietherapie
vereist. QSP-modellen combineren verschillende ziektemechanismen en
medicijnbehandeling, en dit leidt tot belangrijke en vaak contra-intuïtieve
inzichten voor het bepalen van optimale dosisniveaus vam mdedicijen en
medicijncombinaties.
Precisiegeneeskunde: Patienten zijn onderling verschillend. Dat betekent dat de ziekte zelf en
ook de invloed van medicijnen tussen patienten verschillen. QSP modellen hebben
de informatie over deze onderlinge veschillen (oftewel biologische variantie) ingebouwd
en kunnen daardoor de werking, bijwerking en veiligheid van een
medicijn(combinatie) voor een bepaald patient-type samenbrengen en daarmee
bepalen wat de beste behandeling zal zijn.
Doelgerichte haalbaarheid en selectie: Het ontwerpen van een medicijn begint vaak met het
kiezen uit een lijst met mogelijke kandidaatmedicijenen. Het ontwikkelen van
QSP modellen voor elk mogelijk medicijn leidt tot het vaststellen van het vroeg
voorspellen van optimale medicijnparameters. Deze aanpak helpt bij het stoppen
van onderzoek naar minder veelbelovende medicijnen, zodat er meer aandacht
besteed kan worden aan de meer veelbelovende kandidaat-medicijnen.
Werkzaamheid en veiligheid van medicijnen: De meeste medicijnen falen in de klinische
onderzoeksfase vanwege onvoldoende werkzaamheid. Hoge werkzaamheidsniveaus bij in
dierexperimenten gevomden worden vertalen
zich vaak niet naar mensen. QSP modellen kunnen rekening houden met de
verschillen tussen dieren en mensen om zo de kans op werkzaamheid beter te voorspellen.
Naast het voorspellen welke medicijnen efficiënter zullen zijn, kunnen QSP modellen
helpen te voorspellen welke medicijnen waarschijnlijk zullen falen en om welke
redenen. Omdat QSP-modellen de medicijnconcentraties op verschillende plaatsen
in het lichaam kunnen voorspellen, geeft dat ook inzicht in te verwachten
toxiciteit en mogelijke bijwerkingen.