EVONANO 平臺(tái)允許科學(xué)家培育虛擬腫瘤并使用人工智能自動(dòng)優(yōu)化納米粒子的設(shè)計(jì)來治療它們。培養(yǎng)和治療虛擬腫瘤的能力是開發(fā)癌癥新療法的重要一步。重要的是，科學(xué)家可以使用虛擬腫瘤來優(yōu)化基于納米顆粒的藥物的設(shè)計(jì)，然后再在實(shí)驗(yàn)室或患者中進(jìn)行測(cè)試。

論文“自動(dòng)發(fā)現(xiàn)用于癌癥治療的納米載體的進(jìn)化計(jì)算平臺(tái)”今天發(fā)表在《自然》雜志計(jì)算材料上。該論文是歐洲項(xiàng)目 EVONANO 的成果，該項(xiàng)目涉及布里斯托爾大學(xué)的 Sabine Hauert 博士和 Namid Stillman 博士，由諾維薩德大學(xué)的 Igor Balaz 博士領(lǐng)導(dǎo)。

“模擬使我們能夠非常快速地測(cè)試多種治療方法，并針對(duì)多種腫瘤。鑒于疾病的復(fù)雜性，我們?nèi)蕴幱谥谱魈摂M腫瘤的早期階段，但希望即使是這些簡(jiǎn)單的數(shù)字腫瘤可以幫助我們更有效地設(shè)計(jì)用于癌癥的納米藥物，”豪爾特博士說。

Hauert 博士說，擁有用于培養(yǎng)和治療虛擬腫瘤的軟件可能有助于開發(fā)靶向癌癥治療。

“在未來，創(chuàng)建患者腫瘤的數(shù)字孿生體可以設(shè)計(jì)出專門滿足他們需求的新納米粒子治療方法，而無需進(jìn)行大量的反復(fù)試驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室工作，而這通常成本高昂且快速迭代的能力有限適合個(gè)體患者的解決方案，”豪爾特博士說。

基于納米顆粒的藥物具有改善癌細(xì)胞靶向的潛力。這是因?yàn)榧{米粒子是一種微小的載體，可以設(shè)計(jì)成將藥物輸送到腫瘤中。它們的設(shè)計(jì)改變了它們?cè)隗w內(nèi)移動(dòng)的能力，并正確靶向癌細(xì)胞。例如，生物工程師可能會(huì)改變納米粒子的大小、電荷或材料，用使它們易于被癌細(xì)胞識(shí)別的分子包裹納米粒子，或者為它們加載不同的藥物以殺死癌細(xì)胞。

使用新的 EVONANO 平臺(tái)，該團(tuán)隊(duì)能夠用癌癥干細(xì)胞模擬簡(jiǎn)單的腫瘤和更復(fù)雜的腫瘤，這些腫瘤有時(shí)難以治療并導(dǎo)致一些癌癥患者復(fù)發(fā)。該策略確定了已知在先前研究中有效的納米粒子設(shè)計(jì)，以及納米粒子設(shè)計(jì)的潛在新策略。

正如 Balaz 博士強(qiáng)調(diào)的那樣：“我們?cè)?EVONANO 中開發(fā)的工具代表了一個(gè)豐富的平臺(tái)，用于測(cè)試納米粒子對(duì)各種腫瘤情況的功效的假設(shè)。現(xiàn)在可以在幾乎不可能的細(xì)節(jié)水平上模擬調(diào)整納米粒子參數(shù)的生理效應(yīng)以實(shí)驗(yàn)方式實(shí)現(xiàn)。”

然后面臨的挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)正確的納米粒子。研究人員使用稱為人工進(jìn)化的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)微調(diào)納米粒子設(shè)計(jì)，直到他們可以處理所有測(cè)試場(chǎng)景，同時(shí)保留健康細(xì)胞以限制潛在的副作用。

與 Balaz 博士共同撰寫該論文的 Stillman 博士說：“這是過去三年歐洲各地計(jì)算研究人員參與的一項(xiàng)大型團(tuán)隊(duì)努力。我認(rèn)為這證明了將計(jì)算機(jī)模擬與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合的力量找到治療癌癥的新的和令人興奮的方法。”

未來，該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是使用這樣的平臺(tái)，通過使用來自個(gè)體患者的數(shù)據(jù)來培育虛擬版本的腫瘤，然后優(yōu)化適合他們的治療方法，使數(shù)字雙胞胎更接近現(xiàn)實(shí)。在近期內(nèi)，該平臺(tái)將用于發(fā)現(xiàn)可在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試的新納米粒子策略。該軟件是開源的，因此也希望其他研究人員能夠使用它來構(gòu)建自己的人工智能癌癥納米醫(yī)學(xué)。

“為了更接近臨床實(shí)踐，在我們未來的工作中，我們將專注于復(fù)制腫瘤異質(zhì)性和耐藥性的出現(xiàn)。我們認(rèn)為這些是實(shí)體瘤癌癥治療經(jīng)常失敗的最重要方面，”Balaz 博士說。

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