Mathematical models for metabolic systems: Glucose metabolism analysis in normal and patologich cases - I modelli matematici nei sistemi metabolici: Analisi del metabolismo del glucosio in situazioni normali e patologiche

Lo studio della modellistica dei sistemi metabolici è di fondamentale importanza per alcune rilevanti patologie (obesità, diabete di tipo 2), in particolare per migliorare le condizioni di vita e per evitare di ricorrere a tecniche invasive per la determinazione dello stato di salute generale dei pazienti. A partire da modelli recentemente sviluppati dell’interazione glucosio-grassi e modelli relativi al calcolo della sensibilità dei tessuti all’insulina, si è notato che la resistenza dei tessuti all’insulina e le relazioni glucosio-grassi a livello della cellula pancreatica sono strettamente connesse [5] (la normalizzazione della sensibilità all’insulina si riflette in generale in una normalizzazione della secrezione dell’insulina (vedi [3] e [4]). In tale contesto sono stati analizzati i dati relativi a soggetti diabetici obesi sottoposti ad un intervento chirurgico (Bilio Pancreatic Diversion, BPD) per la riduzione dell’obesità, per i quali si verifica una remissione del diabete dopo l’intervento. Tali dati (concentrazione plasmatiche di glucosio, insulina, acidi grassi e C-Peptide) fanno riferimento ad una condizione sperimentale classica nello studio del metabolismo del glucosio quale il test di tolleranza al glucosio, somministrato per via orale, effettuato prima e dopo l’intervento. I risultati ottenuti hanno suggerito l’interessante ipotesi che l’esclusione del transito del cibo attraverso il digiuno e il duodeno conseguente all’intervento inibisca la produzione di una particolare sostanza responsabile di provocare insulino resistenza. I risultati di tale ricerca sono stati presentati in [2]. Tale ipotesi è in corso di analisi attraverso esperimenti e l’elaborazione di modelli sviluppati ad hoc. I modelli compartimentali sviluppati per l’analisi quantitativa permettono la simulazione di differenti condizioni fisiologiche e/o patologiche, oltre alla determinazione di parametri globali di interesse di possibile utilizzazione nella pratica clinica. All’analisi quantitativa è stata associata la modellizzazione dei sistemi metabolici mediante reti di Petri (PN). Riprendendo gli studi sui modelli biochimici sviluppati di Monika Heiner (tra cui [6]-[8]) e altri, l’analisi qualitativa della PN associata al pathway studiato ha permesso la validazione del modello creato, mediante l’analisi e il matching delle proprietà del modello e della PN stessa. Si è proceduto con lo sviluppo di un prototipo di codice Java per la modellizzazione di pathway biochimici e la creazione automatica di codice Matlab simulabile e di file XML rappresentativi della rete stessa, utili per l’analisi qualitativa mediante tool di analisi delle PN disponibili su Internet