不仅仅是玩游戏!VR技术助力科学家研发新药

时间:2018-07-09 http://www.longtuedu.com.cn 作者:龙图教育

VR能用来干什么?打游戏吗?如果你这样想,就未免太狭隘了。


现在,科学家们已经可以用VR来研发各种提升人类生命质量的药物。


有这么一家药物发现公司C4X Discovery,它开发的VR工具4Sight能帮助化学家将复杂分子的结构可视化,用以研发与癌症、慢性成瘾等疾病相关的新药。


VR使药物发现“看得见、摸得着”


想象一下这种场景:蓝天,白云,脚下是无边无际的格网,还有一个很大的分子。这就是药物发现的虚拟世界。在这里,科学家第一次近距离地亲眼观察他们设计的药物,而且可以使用两只挥舞光剑的爪状手抓住悬浮在他们面前的虚拟分子,跟分子结构亲密来一次接触。


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C4XD的生物化学家正在利用这一VR技术,研发治疗呼吸系统疾病以及帕金森和痴呆等神经变性疾病的药物。该公司在药物研发过程中使用了其异常详尽的专有数据库,并跟制药企业Invidior合作研发一款成瘾治疗药物。这个数据库记录了每种药物分子的详细信息、采取的不同结构和采取各个结构的频率。


“使用VR具有革命意义,因为在突然之间,分子成为我的世界的一部分,我能在我面前的空中操纵它们,就像比较两个橘子和两个苹果,”C4XD的药物化学家托尔斯滕·诺瓦克说。这个VR平台使药物发现“看得见、摸得着”。


诺瓦克说,化学家往往是以视觉为导向的人,但他们作为科学家的想象力受到了限制,因为他们不能将分子以非常精细的程度进行可视化呈现。


以前,和其他科学家一样,化学家会使用塑料的“球棍”模型来代表药物,但这些模型是静态的。现在,依靠VR技术,他们能看到分子就在他们眼前,以及分子结构的变化范围。他们在六个月前开始利用4Sight来比较药物分子,这激发了设计药物所必需的视觉想象力。


“看电视的时候,你能看见所有的画面,但你永远不可能身在其中,”诺瓦克说,“而VR使分子成为你的世界的一部分,就好像你直接参与其中。你能操纵它们,仿佛它们是你身边的物体一样。”


VR技术对C4XD的生物医学团队越来越重要。因为能获得关于分子的更多信息,科学家们备受鼓舞。他们决定加大对这些信息的利用,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希望借此研发更好的药物。


“锁”和“钥匙”


分子的结构一直在变。在药物发现中,你寻找的是在尽可能多的时候拥有恰当结构的分子。拥有“恰当结构”意味着它不仅更有可能与所涉及的蛋白质相结合,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恰当的结构,你要找的就是这样的分子。


C4XD首席科学官克雷格·福克斯用“锁和钥匙”来做比喻:“你的体内有一把锁,也就是被药物瞄准的蛋白质。药物通常会瞄准体内的一种蛋白质。”你试图找到最好的钥匙,与那种蛋白质相结合。于是,你弄清楚那种蛋白质的结构,看看“已知的钥匙”是否成功地与之结合,产生疗效。这些已知的钥匙可能不是很好,但并非全无作用。这是你的起点,然后改进。


通过这些不精确的模型,你可以设想在一个理想的世界中,可能是什么构成最好的“钥匙”,更准确地治疗疾病,副作用更少。就食欲素而言,你希望找到一种能节制食欲但不会导致失眠的药物。化学家们相信,分子的一个特定结构被称为‘构象’,即分子中的原子围绕一个化学键旋转,形成略微不同的结构,它可以做到与受体相结合,但不干扰其他功能。


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这是个试错的过程,以寻找最适合的分子。C4XD说,他们的VR技术,再加上他们拥有的关于每种分子及其结构的更详细信息,可以缩小他们在药物发现过程中相应阶段的误差范围,也就是药物进行人体试验之前的实验阶段。


4Sight的首席开发人员菲利普·穆万加曾在Ninjar Studios和Pixelbomb Games做游戏设计,但希望从事于帮助他人的工作。他不得不参加速成班,学习药物发现的复杂科学,以便创造出对C4XD科学家有用的东西。


为期望的完美分子建好模型后,科学家可以“进入蛋白质口袋”,也就是与药物分子相结合的分子受体。在VR中,受体被描绘成圆球的一个复杂排列,而药物分子的结构更加细长。化学家可以放大受体,甚至能站在受体里,把分子映射到受体的结构上进行比较,以找到恰当的分子。


4Sight开发团队正在努力实现“分子发声”,为分子建模过程添加声效,使药物发现变得更像游戏。穆万加说,虽然微软Hololens现在还不够先进,但药物发现过程在AR中进行会更加理想,这样的话,科学家可以合力设计新药。





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