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新的人工智能优化软件可以改善癌症治疗的纳米颗粒设计

EVONANO平台是在布里斯托大学使科学家能够开发虚拟肿瘤,并利用人工智能对纳米颗粒的设计进行自动优化,以治疗肿瘤。华体会体育平台

新的人工智能优化软件可以改进用于癌症治疗的纳米颗粒设计。
用于优化处理参数的EVONANO模拟平台示意图。图片来源:EVONANO。

培育和治疗虚拟肿瘤的潜力是开发新的癌症疗法的关键阶段。具体来说,研究人员可以使用虚拟肿瘤来增强基于纳米颗粒的药物设计,然后再在实验室或患者身上进行测试。

这项题为“用于癌症治疗的纳米载体自动发现的进化计算平台”的研究发表在该杂志上计算材料,九月二十一日, 2021.

这篇论文来源于欧洲的EVONANO项目,由布里斯托尔大学的Sabine Hauert博士和Namid Stillman博士完成,由Novi Sad大学的Igor Balaz博士领导。

模拟使我们能够测试许多治疗方法,非常迅速,并且适用于多种肿瘤。鉴于这种疾病的复杂性,我们仍处于制造虚拟肿瘤的早期阶段,但希望即使是这些简单的数字肿瘤也能帮助我们更有效地设计治疗癌症的纳米药物

布里斯托尔大学的Sabine Hauert博士

据豪厄特博士称,使用该软件生长和治疗虚拟肿瘤可能有助于开发靶向癌症治疗方法。

在未来,创建患者肿瘤的数字孪生体可以设计专门针对其需求的新纳米颗粒治疗,而无需大量的试验和错误或实验室工作,而这通常是昂贵的,并且其快速迭代适合单个患者的解决方案的能力有限

布里斯托尔大学的Sabine Hauert博士

基于纳米颗粒的药物表现出增强靶向癌细胞的能力。原因是纳米颗粒是一种微小的载体,可以用来将药物输华体会体育平台送到肿瘤。它们的设计改变了它们在体内移动的潜力,并正确地瞄准癌细胞。

例如,生物工程师可以改变纳米颗粒的大小、电荷或材料;用易于被癌细胞识别的分子包裹纳米颗粒;给它们装上各种药物来摧毁癌细胞。华体会体育平台

该团队利用EVONANO平台实现了简单肿瘤和更复杂肿瘤干细胞的模拟。否则,这些任务将对治疗构成挑战,并导致一些癌症患者复发。这项技术确定了在早期研究中已知有效的纳米颗粒设计,包括纳米颗粒设计的前瞻性新方法。华体会体育平台

我们在EVONANO中开发的工具代表了一个丰富的平台,用于测试纳米颗粒对各种肿瘤场景的疗效假设。调整纳米粒子参数的生理效应现在可以在实验上几乎不可能实现的细节水平上进行模拟华体会体育平台

Igor Balaz博士,Novi Sad大学

进一步的困难是设计正确的纳米粒子。研究人员使用了一种被称为人工进化的机器学习技术来微调纳米颗粒的设计,直到它能够治疗所有测试的情况,同时保存健康的细胞,以限制可能的副作用。

根据该研究的共同主要作者Namid Stillman博士的说法,“这是一个大型团队的努力,涉及整个欧洲的计算研究人员在过去三年。我认为这证明了计算机模拟与机器学习相结合的力量,可以找到新的、令人兴奋的方法来治疗癌症.”

在未来,研究人员希望利用这样一个平台,通过使用来自个体患者的信息来开发他们肿瘤的虚拟版本并优化所需的治疗,使数字双胞胎更接近现实。

在不久的将来,该平台将被用于确定新的纳米颗粒方法,可以在实验室中进行测试。该软件是开源的,因此便于其他研究人员构建他们的人工智能驱动癌症纳米药物。

巴拉兹博士总结道:为了更接近临床实践,在我们未来的工作中,我们将专注于复制肿瘤异质性和耐药性的出现。我们相信这些是为什么对实体肿瘤的癌症治疗经常失败的最重要的方面.”

期刊引用:

斯蒂尔曼,N.R。,. (2021)癌症治疗纳米载体自动发现的进化计算平台。npj计算材料doi.org/10.1038/s41524 - 021 - 00614 - 5

资料来源:https://www.bristol.ac.uk/

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