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戴上VR探索冠状病毒 药物开发再进化

戴上VR探索冠状病毒 药物开发再进化

随着虚拟实境(VR)技术继续持续改良,应用场景也持续增加,包括药物开发研究人员也透过VR装置来观察过去只能在电脑屏幕上显示的分子结构。藉由VR的观察,能够更清楚研究原子结构的距离、形状和化学性质的细微变化,这些变化能提供研究人员有关药物是否起到预期作用的相关线索,并加快药物开发进程。

根据华尔街日报(WSJ)报导,致力於将迷幻药转化用於治疗精神和心理疾病的Psilera公司联合创始人暨科学长Jackie von Salm博士便透过VR头戴式装置,并使用新创公司Nanome开发的3D分子建模软件,将自己的虚拟化身置入虚拟分子结构中;虚拟化身可在化合物分子结构间穿梭,进行360度探索,这在传统软件和屏幕上难以进行且旷日废时。

Nanome的软件结合了基於化学运算和晶体学等方式的分子结构实验和理论数据,用於识别原子排列。在VR中,由科学家用颜色编码的药物分子和蛋白质显得格外醒目,研究人员可藉由控制器来旋转、缩放分子结构,以进行观察。

过去数十年来,科学家主要采用软件、信息系统在电脑屏幕上观察分子结构,这样的方式相对复杂、费时又昂贵,更缺乏了VR身历其境和直观的品质,後者甚至亦有助於其他科学家共同协作。

因此,有不少科学家和研究人员希望VR能成为更广泛使用的工具,有助於缩短过去长达数年的药物设计和开发进程,也可让药物更快上市。诺华制药集团(Novartis International AG)旗下创新机构诺华研究基金会(Novartis Research Foundation)基因组学研究所结构生物学主任Glen Spraggon表示,VR能够让结构生物学和药物设计进程大众化,以加快先导分子测试的能力。事实上,过去5年来诺华已大量采用VR来加快药物开发进程。

药物化合物的几何结构相当复杂,有数十甚至数百个原子;为治疗疾病,许多药物化合物必须能够塞进目标蛋白受体中,而这些受体可以有数万个原子以及自己独特的几何结构。若排列不正确,药物将无法起到作用,甚至可能引起副作用;更重要的是,药物分子和蛋白质不是固定的,而是随着时间改变形状。

自2018年起,加州大学旧金山分校癌症研究人员便开始使用VR来更好的了解可能使病患对治疗产生抗拒的癌细胞基因突变。例如,可观察到药物无法与癌细胞中标靶蛋白正确结合是因为名为P-loop蛋白质的其中部分变动,而这样的变动是由标靶突变所引起。这样的细微变动是过去无法在电脑屏幕上观察到的。加州大学旧金山分校儿科血液学家和肿瘤学家Beth Apsel Winger表示,VR对於观察这些细微变化是至关重要的。

目前,因药物分子和蛋白质、变动模拟等庞大数据库影响了处理能力,限制了可在VR中观察的内容数量。不过未来几年包括在硬件、软件以及运算能力的进步,可望解决上述问题。

麻省理工学院(MIT)材料科学家和工程学教授Markus Buehler认为,导入声音和人工智能(AI)应用可进一步放大VR技术的价值,例如在VR中导入音波来检测分子运动的细微变化,否则很难在电脑上观察到。该团队正在开发一个能够让研究人员戴上VR装置在冠状病毒3D模型中穿梭的系统,并可听到代表病毒不同部位震动频率的各种声音。

而研究人员也真的发现了冠状病毒表面的刺突蛋白内的震动,可能更具致命性或传染性。科学家们希望能够利用相关信息来判断哪些人可容易受感染、有哪些变种病毒更致命,以及如何设法降低病毒的不良效应。


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