Pengembangan Model Dinamika Penyakit Alzheimer.

Abstract

Penyakit Alzheimer adalah kelainan neurologis yang mempengaruhi sistem saraf. Penderita Alzheimer didominasi oleh lansia di atas 65 tahun dan wanita lebih rentan terkena penyakit ini. Ciri umum penderita Alzheimer berupa hilang ingatan, perubahan emosi yang sangat cepat, serta kesulitan melakukan tugas sederhana. Penyebab utama Alzheimer adalah plak amyloid-beta (Aβ) yang mengganggu jalur komunikasi dan memori. Aβ merupakan peptida yang terbentuk akibat kesalahan pemotongan pada Amyloid Precursor Protein (APP). Proses akumulasi plak Aβ terbagi menjadi dua tahap yaitu, tahap nukleasi dan elongasi. Tahap nukleasi dimulai dengan penumpukan Aβ monomer menjadi dimer, trimer, tetramer, dan seterusnya hingga menjadi oligomer sedangkan tahap elongasi dimulai saat oligomer mengalami pemanjangan dan berakhir menjadi fibril. Tumpukan fibril menumpuk menjadi plak dan mencapai saturasi di otak. Astrosit dan mikroglia adalah bagian dari sistem kekebalan otak, yang bertanggung jawab untuk membersihkan penumpukan plak Aβ. Hingga saat ini, belum tersedia obat yang mampu menyembuhkan penyakit Alzheimer. Salah satu pendekatan untuk mengatasi masalah ini adalah terapi obat anti-Aβ. Obat anti-Aβ diyakini mampu secara efektif mengurangi akumulasi plak Aβ. Mekanisme akumulasi plak Aβ dapat dijelaskan dengan pemodelan matematika menggunakan persamaan diferensial biasa yang terkopel untuk pertumbuhan monomer Aβ. Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menentukan durasi efektif pengobatan Alzheimer dan mengembangkan model matematika baru untuk menjelaskan peran sistem kekebalan dan terapi obat dalam akumulasi plak Aβ. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kombinasi terapi obat anti-Aβ dan sistem imun dapat menurunkan konsentrasi akumulasi plak Aβ lebih baik dibandingkan dengan model sistem imun saja dan tanpa keduanya (sistem imun dan obat). Durasi pengobatan yang efektif untuk pasien Alzheimer diperkirakan sekitar empat bulan terhitung saat obat pertama kali diberikan. Laju dan percepatan konsentrasi pertumbuhan plak Aβ menunjukkan seberapa cepat pertumbuhan plak Aβ dan untuk mengetahui keberadaan faktor penggerak pada percepatan. Pada kombinasi sistem imun dan penggunaan terapi obat memiliki nilai laju konsentrasi dan percepatan yang lebih rendah dibandingkan dengan kedua model sebelumnya. Hal tersebut menunjukkan bahwa kombinasi sistem imun dan obat efektif dalam menghambat laju dan percepatan konsentrasi pertumbuhan plak Aβ.

Alzheimer's disease is a neurological disorder that affects the nervous system. Generally, any elderly female aged over 65 years old is more susceptible to this disease. The common characteristics of Alzheimer's patients include memory loss, rapid changes in emotions, and difficulty performing simple tasks. The main caused Alzheimer’s by Amyloid-beta (Aβ) plaques that disrupt communication pathways and memory. Aβ is a peptide that is formed due to errors in the cleavage of the Amyloid Precursor Protein (APP). The accumulation process of plaques Aβ divided into two phases: nucleation and elongation. The nucleation phases begins with monomeric Aβ stacking into dimers, trimers, tetramers and finally become oligomers. Meanwhile, the elongation stage starts when oligomers undergo elongation and ultimately end up as fibrils. The fibril stacks accumulate into plaques and reach saturation in the brain. Astrocytes and microglia are part of the brain's immune system, which is responsible for clearing Aβ plaque buildup. Up to this point, there is no cure available for Alzheimer's disease. One approach to alleviating this problem is anti-Aβ drug therapy. It is believed that anti-Aβ drugs are able to effectively reduce Aβ plaque accumulations. The mechanism of Aβ plaque accumulation can be explained by mathematical modeling using coupled ordinary differential equations for the growth of Aβ monomers. The aim of this research is to determine the duration of Alzheimer's treatment and develop a new mathematical model to explain the role of the immune system and drug therapy in Aβ plaque accumulations. From the simulation results, it can be concluded that the combination of anti-Aβ drug therapy and the immune system can reduce the concentration of Aβ plaque accumulations better than only the immune system model or without either. An effective treatment duration for Alzheimer's patients is estimated to be about four months from the first time a drug is administered. The rate and acceleration of Aβ growth concentration indicate how quickly Aβ growth occurs and to identify the presence of driving factors in acceleration. In the combined immune system and drug therapy, the concentration rate and acceleration have lower values compared to both previous models. This indicates that the combination of the immune system and drugs is effective in inhibiting the rate and acceleration of Aβ growth concentration.