علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Growing and treating virtual tumors using AI-designed nanoparticles
(University of Bristol – مقدمة من جامعة بريستول)
ملخص المقالة:،
تسمح منصة ايفونانو للعلماء بأن ينَمُّو الأورام الافتراضية وأن يستخدموا الذكاء الاصطناعي لتحسين تصميم الجزيئات النانوية تلقائيا من أجل علاجها، وهي خطوة مهمة نحو تطوير علاجات جديدة للسرطان، وتمكِّن العلماء باستخدام الأورام الافتراضية والمحاكاة من تحسين تصميم الأدوية القائمة على الجسيمات النانوية قبل اختبارها في المختبر أو على المرضى. وتمتاز الأدوية القائمة على الجسيمات النانوية بالقدرة على تحسين استهداف الخلايا السرطانية، لأنه يمكن هندسة الجسيمات النانوية لنقل الأدوية إلى الأورام. وللاقتراب من الممارسة السريرية، سيركز العلماء في عملهم المستقبلي على تكرار عدم تجانس الورم وظهور مقاومة الأدوية، وهي أهم جوانب سبب فشل علاج السرطان للأورام الصلبة في كثير من الأحيان.
( المقالة )
تسمح منصة ايفونانو (EVONANO) [١] للعلماء بأن ينَمُّو الأورام الافتراضية وأن يستخدموا الذكاء الاصطناعي لتحسين تصميم الجزيئات النانوية تلقائيا من أجل علاجها.
وتعد القدرة على انماء وعلاج الأورام الافتراضية خطوة مهمة نحو تطوير علاجات جديدة للسرطان. والأهم من ذلك، يمكن للعلماء استخدام الأورام الافتراضية لتحسين تصميم الأدوية القائمة على الجسيمات النانوية قبل اختبارها في المختبر أو المرضى.
وقد نشرت اليوم (21 سبتمبر 2021) ورقة علمية بعنوان “منصة الحوسبة التطورية للاكتشاف التلقائي للحاملات النانوية لعلاج السرطان”، ونشرت اليوم في مجلة “الطبيعة” المواد الحاسوبية. وهذه الورقة هي نتاج المشروع الأوروبي ايفونانو الذي تشارك فيه الدكتورة سابين هاويرت والدكتور ناميد سليمان من جامعة بريستول، ويقوده الدكتور إيغور بالاز في جامعة “نوفي ساد” في صربيا.
وقال الدكتور هاويرت: “تُمكننا المحاكاة من اختبار العديد من العلاجات، بسرعة كبيرة، ولعدد كبير من الأورام. ما زلنا في المراحل المبكرة من صنع أورام افتراضية، نظرًا للطبيعة المعقدة للمرض، ولكن الأمل هو أنه حتى هذه الأورام الرقمية البسيطة يمكن أن تساعدنا في تصميم طب النانو للسرطان بكفاءة أكثر”.
وأضاف الدكتور هاويرت أن امتلاك برنامج انماء وعلاج الأورام الافتراضية يمكن أن يكون مفيدًا في تطوير علاجات السرطان المستهدفة.
وتابع: “في المستقبل، يمكن أن يؤدي إنشاء توأم رقمي لورم المريض إلى تمكين تصميم علاجات جسيمات نانوية جديدة مخصصة لاحتياجاتهم، دون الحاجة إلى “محاولة وخطأ” مكثفين أو عمل مخبري، والذي غالبًا ما يكون مكلفًا ومحدودًا في قدرته على تكرار الحلول المناسبة للمرضى الفرادى بسرعة”.
وتمتلك الأدوية القائمة على الجسيمات النانوية القدرة على تحسين استهداف الخلايا السرطانية، وذلك لأن الجسيمات النانوية عبارة عن مركبات صغيرة يمكن هندستها لنقل الأدوية إلى الأورام. ويغير تصميمها من قدرتها على الحركة في الجسم، ويستهدف الخلايا السرطانية بشكل صحيح. وقد يقوم المهندس الحيوي، على سبيل المثال، بتغيير حجم أو شحنة أو مادة الجسيمات النانوية، أو تغليف الجسيمات النانوية بجزيئات تجعل من السهل التعرف عليها بواسطة الخلايا السرطانية، أو تحميلها بأدوية مختلفة لقتل الخلايا السرطانية.
وباستخدام منصة ايفونانو الجديدة، تمكن الفريق من محاكاة الأورام البسيطة والأورام الأكثر تعقيدًا مع الخلايا الجذعية السرطانية، والتي يصعب أحيانًا علاجها وتؤدي إلى انتكاس بعض مرضى السرطان. وحددت الاستراتيجية تصاميم الجسيمات النانوية التي كان من المعروف أنها تعمل في البحوث السابقة، بالإضافة إلى استراتيجيات جديدة محتملة لتصميم الجسيمات النانوية.
كما يسلط الدكتور بالاز الضوء على: “تمثل الأداة التي طورناها في ايفونانو منصة غنية لاختبار الفرضيات حول فعالية الجسيمات النانوية لسيناريوهات الورم المختلفة. ويمكن الآن محاكاة التأثير الفسيولوجي لتعديل معلمات الجسيمات النانوية على مستوى التفاصيل التي تكون مستحيلة تقريبًا لتحقيقها تجريبيا”.
ثم يكون التحدي هو تصميم الجسيمات النانوية الصحيحة. وباستخدام تقنية تعلم الآلة المسمى التطور الاصطناعي، قام الباحثون بضبط تصاميم الجسيمات النانوية بدقة حتى يمكنهم معالجة جميع السيناريوهات المختبرة مع الحفاظ على الخلايا السليمة للحد من الآثار الجانبية المحتملة.
ويقول الدكتور ستيلمان، المؤلف الرئيسي المشارك في الورقة البحثية مع الدكتور بالاز: “لقد كان هذا جهدًا جماعيًا كبيرًا شارك فيه باحثو حوسبة في جميع أنحاء أوروبا على مدار السنوات الثلاث الماضية. أعتقد أن هذا يوضح قوة الجمع بين محاكاة الحاسب الآلي والتعلم الآلي من أجل إيجاد طرق جديدة ومثيرة لعلاج السرطان”.
وفي المستقبل، يهدف الفريق إلى استخدام مثل هذه المنصة لتقريب التوائم الرقمية من الواقع باستخدام البيانات من المرضى الأفراد لتنمية نسخ افتراضية من أورامهم، ثم تحسين العلاجات المناسبة لهم. وعلى المدى القريب، سيتم استخدام المنصة لاكتشاف استراتيجيات الجسيمات النانوية الجديدة التي يمكن اختبارها في المختبر. البرنامج مفتوح المصدر، لذلك هناك أمل أيضًا في أن يستخدمه باحثون آخرون لبناء دواء نانوي للسرطان خاص بهم مدعوم بالذكاء الاصطناعي.
وقال الدكتور بالاز: “للاقتراب من الممارسة السريرية، سنركز في عملنا المستقبلي على تكرار عدم تجانس الورم وظهور مقاومة الأدوية. نعتقد أن هذه هي أهم جوانب سبب فشل علاج السرطان للأورام الصلبة في كثير من الأحيان”.
*تمت الترجمة بتصرف
المصدر:
https://phys.org/news/2021-09-virtual-tumors-ai-designed-nanoparticles.html
لمزيد من المعلومات: ناميد ستيلمان وآخرون، Evolutionary computational platform for the automatic discovery of nanocarriers for cancer treatment, npj Computational Materials(2021). DOI: 10.1038/s41524-021-00614-5
الهوامش:
[١] ايفونانو (EVONANO) هي منصة قابلة للتطور لعلاجات السرطان القائمة على الجسيمات النانوية القابلة للبرمجة، وهي عبارة عن اتحاد مكون من سبعة شركاء (مجموعة الحوسبة غير التقليدية في جامعة غرب إنجلترا في بريستول، وقسم الرياضيات الهندسية/مختبر بريستول للروبوتات/علوم الحياة بجامعة بريستول، ومعمل الأنظمة المدمجة في جامعة أبو أكاديمي بفلندا، علوم النانو في امديا بأسبانيا، ومعهد فال ديب ديبرون للبحوث في برشلونة بأسبانيا، وكلية الزراعة بجامعة نوفي ساد في صربيا، وأسطح بروكيميا بمدينة سوبوت في بولندا). وللاتحاد هدف مشترك يتمثل في إنشاء منصة تصميم جديدة تمامًا للجسيمات النانوية قادرة على تطوير حلول مستقلة لعلاج السرطان. وتجلب منصة ايفونانو الخبرات في علوم الكمبيوتر، والتطور الصناعي، النمذجة، الموائع الدقيقة، والطب.
