Integration of a physiologically-based pharmacokinetic model with a whole-body, organ-resolved genome-scale model for characterization of ethanol and acetaldehyde metabolism
Notice bibliographique
Résumé
Ethanol is one of the most widely used recreational substances in the world and due to its ubiquitous use, ethanol abuse has been the cause of over 3.3 million deaths each year. In addition to its effects, ethanol's primary metabolite, acetaldehyde, is a carcinogen that can cause symptoms of facial flushing, headaches, and nausea. How strongly ethanol or acetaldehyde affects an individual depends highly on the genetic polymorphisms of certain genes. In particular, the genetic polymorphisms of mitochondrial aldehyde dehydrogenase, ALDH2, play a large role in the metabolism of acetaldehyde. Thus, it is important to characterize how genetic variations can lead to different exposures and responses to ethanol and acetaldehyde. While the pharmacokinetics of ethanol metabolism through alcohol dehydrogenase have been thoroughly explored in previous studies, in this paper, we combined a base physiologically-based pharmacokinetic (PBPK) model with a whole-body genome-scale model (WBM) to gain further insight into the effect of other less explored processes and genetic variations on ethanol metabolism. This combined model was fit to clinical data and used to show the effect of alcohol concentrations, organ damage, ALDH2 enzyme polymorphisms, and ALDH2-inhibiting drug disulfiram on ethanol and acetaldehyde exposure. Through estimating the reaction rates of auxiliary processes with dynamic Flux Balance Analysis, The PBPK-WBM was able to navigate around a lack of kinetic constants traditionally associated with PK modelling and demonstrate the compensatory effects of the body in response to decreased liver enzyme expression. Additionally, the model demonstrated that acetaldehyde exposure increased with higher dosages of disulfiram and decreased ALDH2 efficiency, and that moderate consumption rates of ethanol could lead to unexpected accumulations in acetaldehyde. This modelling framework combines the comprehensive steady-state analyses from genome-scale models with the dynamics of traditional PK models to create a highly personalized form of PBPK modelling that can push the boundaries of precision medicine.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».