22 сентября 2021 года Обзор Алекса Смита

]

Платформа EVONANO, разработанная в Бристольском университете, позволяет ученым разрабатывать виртуальные опухоли и использовать искусственный интеллект для автоматической оптимизации конструкции наночастиц для лечения опухолей.

Возможность роста и лечения виртуальных опухолей является ключевым этапом в разработке новых методов лечения рака. В частности, исследователи могут использовать виртуальные опухоли для улучшения дизайна лекарств на основе наночастиц, прежде чем они будут протестированы в лаборатории или на пациентах.

Исследование под названием «Эволюционная вычислительная платформа для автоматического открытия наноносителей для лечения рака» было опубликовано в журнале Computational Materials 21 сентября ^st 2021 года.

Статья основана на европейском проекте EVONANO, выполненном д-ром Сабин Хауэрт и д-ром Намидом Стиллманом из Бристольского университета под руководством д-ра Игоря Балаза из Университета Нови-Сада.

Моделирование позволяет нам очень быстро протестировать множество методов лечения для большого разнообразия опухолей. Мы все еще находимся на ранних стадиях создания виртуальных опухолей, учитывая сложную природу болезни, но есть надежда, что даже эти простые цифровые опухоли могут помочь нам более эффективно разрабатывать наномедицины для лечения рака .

Д-р. Сабина Хауэрт, Бристольский университет

По словам доктора Хауэрта, использование программного обеспечения для выращивания и лечения виртуальных опухолей может быть полезным при разработке целевых методов лечения рака.

В будущем создание цифрового двойника опухоли пациента может позволить разработать новые методы лечения наночастицами, адаптированные к их потребностям, без необходимости обширных проб и ошибок или лабораторных работ, которые часто являются дорогостоящими и ограниченными в его способность быстро находить решения, подходящие для отдельных пациентов .

Д-р. Сабина Хауэрт, Бристольский университет

Лекарства на основе наночастиц проявляют способность к усиленному нацеливанию на раковые клетки. Причина в том, что наночастицы – это крошечные носители, которые могут быть созданы для доставки лекарств к опухолям. Их конструкция изменяет их способность путешествовать по телу и правильно нацеливаться на раковые клетки.

Биоинженер, например, может изменить размер, заряд или материал наночастицы; покрывают наночастицы молекулами, которые позволяют легко распознавать раковые клетки; и загружать их различными лекарствами для уничтожения раковых клеток.

С помощью платформы EVONANO команда смоделировала простые и более сложные опухоли с помощью раковых стволовых клеток. В противном случае эти задачи было бы сложно лечить и привести к рецидиву у некоторых онкологических больных. Этот метод позволил идентифицировать конструкции наночастиц, которые, как было известно, работали в более ранних исследованиях, включая перспективные новые подходы к конструкции наночастиц.

Инструмент, который мы разработали в EVONANO, представляет собой богатую платформу для проверки гипотез об эффективности наночастиц при различных сценариях опухолей. Физиологический эффект настройки параметров наночастиц теперь можно смоделировать на уровне детализации, который практически невозможно достичь экспериментально .

Д-р. Игорь Балаз, Нови-Садский университет

Дальнейшая трудность состоит в том, чтобы сконструировать правильную наночастицу. Исследователи использовали технику машинного обучения, известную как искусственная эволюция, для точной настройки конструкции наночастиц до тех пор, пока не станет возможным обрабатывать все проверенные сценарии, одновременно сохраняя здоровые клетки, чтобы ограничить возможные побочные эффекты.

По словам соруководителя исследования доктора Намида Стилмана, « Это была большая командная работа, в которой участвовали исследователи-вычислительные исследователи со всей Европы за последние три года. Я думаю, это демонстрирует силу объединения компьютерного моделирования с машинным обучением для поиска новых и интересных способов лечения рака ».

В будущем исследователи надеются использовать такую ​​платформу, чтобы приблизить цифровых близнецов к реальности, используя информацию от отдельных пациентов для разработки виртуальных версий их опухолей и оптимизации желаемого лечения.

В ближайшем будущем платформа будет использоваться для определения новых подходов к наночастицам, которые можно будет протестировать в лаборатории. Это программное обеспечение с открытым исходным кодом, что облегчает другим исследователям создание своей онкологической наномедицины на основе искусственного интеллекта.

Д-р. Балаз заключает: « Чтобы приблизиться к клинической практике, в нашей будущей работе мы сосредоточимся на воспроизведении неоднородности опухоли и возникновении лекарственной устойчивости. Мы считаем, что это наиболее важные аспекты того, почему лечение рака солидных опухолей часто оказывается безуспешным ».

Ссылка на журнал:

Стиллман, Н. Р., и др. . (2021) Эволюционная вычислительная платформа для автоматического обнаружения наноносителей для лечения рака. npj Вычислительные материалы . doi.org/10.1038/s41524-021-00614-5.

Источник: https://www.bristol.ac.uk/[19459007visible