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VR+化学:化学家用VR可视化药物分子结构 帮助新药研发

2018-09-04 18:05:27 来源:87870作者:小白兔乖乖
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VR结合医学早已不是什么新鲜事。从VR心脏模型、VR医疗平台到模拟手术机器人,VR已经为医学领域带来了众多便利。而最近,科学家们更是利用VR观察分子结构,以研发各种药物。

而药物研发公司C4X Discovery(C4XD)开发了一款VR工具——4Sight,能帮助化学家将复杂分子的结构可视化,即在VR中把微观结构呈现在眼前,用以研发与癌症、慢性成瘾等疾病相关的新药。

VR使药物“看得见、摸得着”

在虚拟世界中,科学家能够近距离地亲眼观察他们设计的药物结构,而且可以用手触碰悬浮在他们面前的虚拟分子,跟分子结构亲密“互动”,以查看更多细节。

C4XD的生物化学家正在利用VR技术,研发治疗呼吸系统疾病以及帕金森等相关疾病的药物。

通过使用公司的专有数据库,C4XD与制药企业Invidior合作研发一款成瘾治疗药物。这个数据库非常详尽,记录了每种药物分子的详细信息,如分子的不同形态。

C4XD的药物化学家Thorsten Nowak表示:“使用4Sight观察分子结构具有突破性意义。分子成了我眼前世界的一部分,我能在空中操纵它们,就像比较两个橘子和两个苹果,这种感觉太奇妙了”。

这个VR平台使药物发现“看得见、摸得着”。

Nowak说,化学家往往需要去观察所研究的事物,但由于人类视野的界限性,其想象力也受到了限制,因为他们不能将分子以非常精细的程度呈现在眼前。

过去,化学家们会使用塑料的“球棍”模型来代表药物,但这些模型都是静态的。现在,依靠VR技术,他们能看到动态的分子呈现在眼前,以及分子结构的变化情况。

“看电视的时候,你能看见所有的画面,但却永远不可能身处其中,”Nowak说,“而VR使分子结构逼真的呈现在眼前,仿佛它们是你身边的物体一样。”

C4XD的生物医学团队正在深入研究VR技术。通过VR,科学家们能获得关于分子的更多信息。因此,他们开始尝试在VR中建模,以便可以看到分子的结构,且精度超过二维模型。C4XD希望借此研发出更好的药物。

分子与受体蛋白质如同“锁”和“钥匙”

分子的结构一直在变。在药物研发的过程中,化学家们寻找的是拥有“合适结构”的分子,即拥有合适的分子形态、包含与治疗疾病相关的物质。这意味着它不仅更有可能与所涉及的蛋白质(比如管理食欲的食欲素受体)相结合,而且副作用最少。

虽然分子的结构一直在变,但有些分子比其他分子在更多的时候拥有更适合与其他分子结合的形态,而化学家们要找的就是这样的分子。

C4XD首席科学官克Craig Fox用“锁和钥匙”来比喻这种情况:“你的体内有一把锁,也就是被药物瞄准的蛋白质,即靶向蛋白质。而药物,也就是所谓的‘钥匙’。”

化学家试图找到最好的钥匙,与那种蛋白质相结合。于是,这需要其弄清楚那种蛋白质的结构,看看“已知的钥匙”是否能够成功地与之结合,并产生疗效。然后,通过无数次的尝试,寻找到合适的药物。

VR使药物研发过程变得更为有趣

通过分析众多分子模型,化学家可以设想在一个理想的世界中,什么样的分子能成为最好的“钥匙”,更有效地治疗疾病,副作用更少。就食欲素而言,我们希望找到一种能节制食欲但不会导致失眠的药物。

这是个试错的过程(从早期的迭代到最终的药物实验),以寻找最适合的分子。

C4XD表示:通过他们的VR工具,再结合其采集的关于每种分子及其结构的详细信息,可以缩小他们在药物发现过程中的误差范围,也就是在药物进行人体试验之前的实验阶段尽可能地减少误差。

4Sight首席开发人员Philip Muwanga曾在Ninjar Studios和Pixelbomb Games做过游戏设计,后来转行化学研究领域。

为选中的分子建好模型后,科学家可以操控与药物分子相结合的分子受体。在VR中,受体以圆球形式排列,而药物分子的结构呈细长形态。化学家可以放大受体,把分子映射到受体的结构上进行比较,以找到合适的分子。

另外,4Sight开发团队正在努力使药物研究的过程不再索然无味,比如,为分子建模过程添加声效(比如泡泡音和咔嗒声)以让分子变得更为‘生动可爱’。

【资讯编译自:wired

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