Agent based modeling of the effects of potential treatments over the blood-brain barrier in multiple sclerosis

Multiple sclerosis is a disease of the central nervous systemthat involves the destruction of the insulating sheath of axons, causing severe disabilities. Since the etiology of the disease is not yet fully understood, the use of novel techniques that may help to understand the disease, to suggest potential therapies and to test the effects of candidate treatments is highly advisable. To this endwe developed an agent based model that demonstrated its ability to reproduce the typical oscillatory behavior observed in the most common form of multiple sclerosis, relapsing–remitting multiple sclerosis. The model has then been used to test the potential beneficial effects of vitamin D over the disease. Many scientific studies underlined the importance of the blood–brain barrier and of the mechanisms that influence its permeability on the development of the disease. In the present paper we further extend our previously developedmodel with amechanism that mimics the blood–brain barrier behavior. The goal of ourwork is to suggest the best strategies to follow for developing new potential treatments that intervene in the blood–brain barrier. Results suggest that the best treatments should potentially prevent the opening of the blood–brain barrier, as treatments that help in recovering the blood–brain barrier functionality could be less effective.

La sclerosi multipla è una malattia del sistema nervoso centrale che comporta la distruzione della guaina isolante degli assoni, causando gravi disabilità. Poiché l'eziologia della malattia non è ancora pienamente compresa, è altamente consigliabile l'utilizzo di nuove tecniche che possono aiutare a capire la malattia, a suggerire potenziali terapie ed a verificarne gli effetti. A tal fine abbiamo sviluppato un modello basato su agenti che ha dimostrato la sua capacità di riprodurre il oscillatorio tipico comportamento osservato nella forma più comune della sclerosi multipla, sclerosi multipla recidivante-remittente. Il modello è stato poi utilizzato per testare i potenziali effetti benefici della vitamina D sulla malattia. Molti studi scientifici hanno sottolineato l'importanza della barriera emato-encefalica e dei meccanismi che influenzano la sua permeabilità sullo sviluppo della malattia. Nel presente lavoro estendiamo ulteriormente il modello sviluppato in precedenza con un meccanismo che simula il comportamento barriera emato-encefalica. L'obiettivo del nostro lavoro è quello di suggerire le migliori strategie da seguire per lo sviluppo di nuovi potenziali trattamenti che intervengono nel ematoencefalica barriera. I risultati suggeriscono che i migliori trattamenti dovrebbero potenzialmente impedire l'apertura della barriera emato-encefalica, come trattamenti che aiutano nel recupero della funzionalità barriera emato-encefalica potrebbe essere meno efficace.