Возможность выращивать и лечить виртуальные опухоли – важный шаг на пути к разработке новых методов лечения рака. Важно отметить, что ученые могут использовать виртуальные опухоли для оптимизации дизайна лекарств на основе наночастиц до того, как они будут протестированы в лаборатории или на пациентах.
Статья «Эволюционная вычислительная платформа для автоматического открытия наноносителей при лечении рака» опубликована сегодня в журнале Nature Computational Materials. Этот документ является результатом европейского проекта EVONANO, в котором участвуют д-р Сабин Хауэрт и д-р.
Намид Стиллман из Бристольского университета и возглавляется доктором Игорем Балазом из Университета Нови-Сада.
"Моделирование позволяет нам очень быстро протестировать множество методов лечения самых разных 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 », – сказал д-р Хауэрт.
Доктор Хауэрт сказал, что наличие программного обеспечения для роста и лечения виртуальных опухолей может оказаться полезным при разработке целевых методов лечения рака.
«В будущем создание цифрового двойника опухоли пациента может позволить разработать новые методы лечения наночастицами, специализированные для их нужд, без необходимости проведения обширных проб и ошибок или лабораторных работ, которые часто являются дорогостоящими и ограниченными в возможности быстрого повторения. о решениях, подходящих для индивидуальных пациентов ", – сказал д-р Хауэрт.
Лекарства на основе наночастиц могут улучшить нацеливание на раковые клетки.
Это связано с тем, что наночастицы – это крошечные транспортные средства, которые можно спроектировать для транспортировки лекарств к опухолям. Их конструкция изменяет их способность двигаться в организме и правильно воздействует на раковые клетки.
Биоинженер может, например, изменить размер, заряд или материал наночастицы, покрыть наночастицы молекулами, которые позволяют легко распознавать их раковыми клетками, или загрузить в них различные лекарства для уничтожения раковых клеток.
Используя новую платформу EVONANO, команда смогла смоделировать простые опухоли и более сложные опухоли с помощью раковых стволовых клеток, которые иногда трудно лечить и которые приводят к рецидивам у некоторых больных раком.
Стратегия определила конструкции наночастиц, которые, как было известно, работали в предыдущих исследованиях, а также потенциальные новые стратегии дизайна наночастиц.
Как подчеркивает д-р Балаз: «Инструмент, который мы разработали в EVONANO, представляет собой богатую платформу для проверки гипотез об эффективности наночастиц при различных сценариях развития опухолей.
Физиологический эффект настройки параметров наночастиц теперь можно смоделировать на уровне детализации, который практически невозможно достичь экспериментально."
Тогда задача состоит в том, чтобы создать подходящую наночастицу.
Используя метод машинного обучения, называемый искусственной эволюцией, исследователи настраивают конструкции наночастиц, пока не смогут обработать все протестированные сценарии, сохраняя при этом здоровые клетки, чтобы ограничить потенциальные побочные эффекты.
Доктор Стиллман, соавтор статьи с доктором. Балаз сказал: «Это была большая командная работа с участием вычислительных исследователей 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 команда планирует использовать такую платформу, чтобы приблизить цифровых близнецов к реальности, используя данные отдельных пациентов для выращивания виртуальных версий их опухолей, а затем оптимизировать лечение, подходящее для них. В ближайшем будущем платформа будет использоваться для открытия новых стратегий, связанных с наночастицами, которые можно будет протестировать в лаборатории.
Это программное обеспечение с открытым исходным кодом, поэтому есть надежда, что другие исследователи будут использовать его для создания собственной наномедицины против рака на базе искусственного интеллекта.
«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 », – сказал д-р Балаз.