کشت و درمان تومورهای مجازی با استفاده از نانوذرات طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی

EVONANO پلتفرمی است که دانشمندان در آن می‌توانند تومورهای مجازی کِشت کنند و با استفاده از هوش مصنوعی به صورت خودکار طراحی نانوذرات را در جهت درمان تومورها بهینه کنند.

توانایی کِشت و درمان تومورهای مجازی گام مهمی در جهت کشف روش‌های درمانی جدید برای بیماری سرطان است. مهم‌تر اینکه، دانشمندان با استفاده از تومورهای مجازی می‌توانند طراحی نانوداروها Nanoparticle-based drugs را پیش از آنکه در محیط آزمایشگاهی و یا بر روی بیماران آزمایش شوند بهینه‌سازی کنند.

مقاله «پلتفرم محاسبات تکاملی برای کشف خودکار نانوحامل‌ها و درمان سرطان Evolutionary computational platform for the automatic discovery of nanocarriers for cancer treatment
» به تازگی در ژورنال Nature، مجله Computational Materials منتشر شده است. مقاله مذکور حاصل پروژه اروپایی EVONANO است. این پروژه به همت دکتر سبین هائورت و دکتر نامید استیل‌من از دانشگاه بریستول و به رهبری دکتر ایگور بالاز در دانشگاه نووی ساد Novi Sad انجام شده است.

به گفته دکتر هائورت، «شبیه‌سازی‌ها امکان تِست سریع روش‌های درمانی را برای انواع تومورها فراهم می‌کنند. با توجه به ماهیت پیچیده این بیماری باید اذعان کنیم که هنوز در مراحل اولیه ساخت تومورهای مجازی به سر می‌بریم. با این حال، امیدواریم این تومورهای ساده دیجیتالی ما را در طراحی هر چه بهتر نانوداروهای ضد سرطان یاری کنند.»

کشف درمان‌های هدفمند سرطان

به عقیده دکتر هائورت، داشتن نرم‌افزاری برای کِشت و درمان تومورهای مجازی می‌تواند در کشف درمان‌های هدفمند سرطان مؤثر باشد: «در آینده، ساخت یک دوقلوی دیجیتالی از تومورِ بیمار بستری برای ما فراهم می‌کند تا بدون نیاز به فرایندهای آزمایشگاهی و یا آزمون و خطا نانوذرات‌های درمانی جدید طراحی کنیم. فرایندهای آزمایشگاهی فعلی اغلب هزینه‌بر هستند و امکان تعمیم‌پذیری آن‌ها وجود ندارد.»

نانوذرات حامل‌های بسیار کوچکی هستند که می‌توان آن‌ها را برای حمل دارو به تومورها مهندسی کرد. نانوداروها می‌توانند به نحوی مؤثر سلول‌های سرطانی را هدف قرار دهند. طراحی نانوذرات بر توانایی آن‌ها در حرکت در بدن و هدف‌ قرار دادن سلول‌های سرطانی تأثیر دارد. مثلا، ممکن است مهندسان زیستی اندازه، بار و مواد نانوذرات را تغییر دهد، آن‌ها را با مولکول‌هایی بپوشاند که تشخیص آن‌ها برای سلول‌های سرطانی آسان شود و یا به منظور کُشتن سلول‌های سرطانی داروهای مختلفی در آن‌ها جای دهند.

این تیم پژوهشی توانستند با استفاده از پلتفرم جدید EVONANO تومورهای ساده‌ و تومورهای پیچیده‌‌ای متشکل از سلول‌های بنیادی سرطانی شبیه‌سازی کنند. تشخیص و درمان این تومورها اغلب دشوار است و موجب عود کردن بیماری می‌شود. شبیه‌سازی تومورها علاوه بر اینکه مهر تأئیدی بر آن دسته از طراحی‌هایی زد که در پژوهش‌های‌ پیشین کارایی آن‌ها اثبات شده بود، طراحی‌های نوینی برای نانوذرات ارائه داد.

دکتر بالاز خاطرنشان کرد:« ابزاری که ما در EVONANO ساخته‌ایم پلتفرم قدرتمندی است که در آن می‌توانیم کارایی نانوذرات را در درمان تومورهای سرطانی مختلف بررسی کنیم. هم‌اکنون می‌توان تأثیر دستکاری پارامترهای نانوذرات را بر بدن به طور دقیق شبیه سازی کرد.»

پژوهشگران با استفاده از یکی از تکنیک‌های یادگیری ماشین که تکامل مصنوعی Artificial evolution نامیده می‌شود، طراحی نانوذرات را به طور دقیق و تا زمانی که بتواند تمامی تومورهای آزمایشی را درمان کنند و در عین حال، سلول‌های سالم را به منظور کاهش عوارض جانبی حفظ کنند، تنظیم کردند.

درمان تومورهای مجازی، حاصل کاری تیمی

دکتر استیل‌من، یکی دیگر از پژوهشگران مسئول، اظهار داشت:«پژوهش ما حاصل یک کار تیمی بزرگ بود. طی سه سال گذشته پژوهشگران محاسباتی از سراسر اروپا در انجام این پژوهش با ما همراه شدند. به عقیده من، این پژوهش قدرت ترکیب شبیه‌سازی‌های کامپیوتری را با یادگیری ماشین به منظور یافتن روش‌های درمانی جدید و جالب برای سرطان نشان می‌دهد.»

این تیم پژوهشی قصد دارد در آینده با استفاده از چنین پلتفرمی دوقلوهای دیجیتالی ایجاد کند. بدین ترتیب که با استفاده از داده‌های به دست آمده از بیماران، نمونه‌های مجازی از تومورهای آنان ایجاد می‌کنند. سپس، درمان‌هایی مناسب با هر بیمار بهینه‌سازی می‌کنند. در آینده‌ای نه چندان دور، از این پلتفرم برای کشف استراتژی‌های نانوذره‌ای جدید استفاده خواهد شد و می‌توان آن‌ها را در محیط آزمایشگاهی آزمایش کرد. این نرم‌افزار متن‌باز است، از این روی امیداوریم سایر پژوهشگران از آن برای ساخت نانوداروهای ضدسرطان مجهز به هوش مصنوعی استفاده کنند.

به گفته دکتر بالاز، «برای نزدیک‌تر شدن به روش بالینی، در پژوهش آتی خود بر شبیه‌سازی ناهمگونی تومور و ایجاد مقاومت دارویی متمرکز خواهیم بود. به عقیده ما، موارد ذکر شده از جمله مهم‌ترین دلایل عدم موفقیت درمان تومورهای توپر هستند.»

جدیدترین اخبار هوش مصنوعی ایران و جهان را با هوشیو دنبال کنید