Superdatorn ersätter djurförsök

NYHET

Publicerad 2012-10-24

Med hjälp av avancerade datorsimuleringar ska KTH-forskare bland annat minska antalet djurförsök. Det handlar om avancerad medicinsk forskning där superdatorer tar hand om allt mer av det arbete som idag sker på andra, mer kostsamma och ineffektiva sätt. Superdatorerna öppnar också nya möjligheter för diagnos och behandling.

Johan Hoffman, professor i numerisk analys på KTH.

Hans forskargrupp vid KTH bygger matematiska modeller, datormodeller för att simulera saker från verkligheten. Johan Hoffman, professor i numerisk analys på KTH, berättar att simuleringar på superdatorer tidigare främst handlat om ingenjörsmässiga tillämpningar inom till exempel flyg- och bilindustrin. Bland annat för att sänka bränsleåtgång och minska buller. Dessa företag vill spara pengar och tid genom att flytta utveckling och testande till en virtuell miljö. Detta för att minska beroendet av fysiska och riktiga modeller, som tar flera månader i anspråk att bygga och således kostar därefter.

– Det är samma typ av modeller som nu används som bas i medicinsk forskning. Just nu sker en stor internationell resurs- och fokusförflyttning vad gäller avancerade simuleringar på superdatorer till nya tillämpningar inom forskningsområden som biologi och medicin, säger Johan Hoffman.

Exempel på sådana tillämpningar är datormodeller av hjärtat och den mänskliga rösten.

När det kommer till det mänskliga hjärtat så handlar det om att få en bättre förståelse för hjärtats funktion, kunna simulera sjukdomsförlopp, samt att utvärdera olika behandlingsalternativ.

– Vi bygger just nu en modell av hjärtat tillsammans med läkare. Vi utgår från genomförda mätningar av blodtryck samt hjärtväggens deformation via ultraljud. Efter det bygger vi en matematisk modell som beskriver hur blodet flödar i hjärtat, vilket ger en möjlighet att ställa bättre diagnoser i framtiden eftersom vi får mer detaljerad visuell information om till exempel hur blodet virvlar. Det kan bland annat förklara uppkomsten av blodproppar, samt ge kvantitativ information om påfrestningar på hjärtväggen, säger Johan Hoffman.

Han fortsätter med att berätta att forskargruppen bland annat siktar in sig på klaffbyten.

– Vi kan ha en prototyp till ett sådant simuleringssystem för utformning av mekaniska hjärtklaffar redo inom några år, säger Johan Hoffman.

Här ser vi vilka delar av luftflödet kring en bil som behöver lösas upp för att få god noggrannhet i simuleringen.

Men det är inte bara hjärtat som kan simuleras. Hela kroppen är föremål för utveckling av datormodeller som genom simulering på superdatorer kan ge ökad förståelse och användas för att förutspå vad som kommer att hända.

Han lägger till att med superdatorns hjälp skulle det kunna gå att få till så kallade "What if-scenarier", som beskriver vad som händer om patienten blir sjuk. Olika förlopp skulle kunna simuleras i dessa modeller, och därför kunna vara till stöd vid val av just behandlingsalternativ.

Faktum är att denna typ av teknik redan har börjat sippra in i klinisk medicin. För inte så länge sedan tog amerikanska läkare hjälp av en beräkningsgrupp vid George Mason University i USA. Det handlade om patienter med ballongliknande utbuktningar (aneurysm) på blodkärl i hjärnan. Med hjälp av simuleringar kunde en riskbedömning göras inför kirurgiska ingrepp.

Ett simulerat blodflöde i ett människohjärta.

– Vi befinner oss också i startgroparna vad gäller ett nytt forskningsprojekt som går ut på att bygga en modell av hur den mänskliga rösten fungerar. En sådan modell skulle kunna användas för terapi för de patienter som är drabbade av talsvårigheter, men också personer som genomgått stämbandsoperationer på grund av cancer, säger Johan Hoffman.

Hur var det då med minskningen av antalet djurförsök, en av många skäl ytterst känslig fråga i forskarvärlden. I och med att datormodellerna utvecklas och blir allt bättre på att efterlikna verkligheten öppnas möjligheten att inom vissa områden ersätta många djurförsök med simulering i virtuella modeller av människan. 

– Det stora argumentet att gå från djurförsök till datorsimuleringar är de etiska och moraliska frågeställningarna, men djurförsöker är också förenade med stora kostnader. Försök på levande organismer kräver till exempel en steril miljö, men det finns också många andra aspekter som ger höga kostnader. Det är en väldig apparat runt djurförsök. Beräkningskraft å sin sida utvecklas och blir billigare hela tiden, säger Johan Hoffman.

För mer information, kontakta Johan Hoffman på 08 - 790 77 83 eller jhoffman@kth.se.

Peter Larsson

Till sidans topp