幫助真實患者的虛擬醫學

作者：達索系統，編譯：《升華洞察》馮升華

醫學科學正在使用仿真來更快，更準確地進行查詢，挑戰，假設和測試。諾貝爾獎獲得者馬丁·卡爾普斯（Martin Karplus）希望開發一種抗HIV疫苗。但是，儘管這位名譽化學教授在哈佛大學設有實驗室，並與附近的麻省理工學院的生物物理學家奧雅納·查克拉博蒂（Arup Chakraborty）合作，但他們在虛擬世界中進行了許多實驗。

他們的研究集中於少數愛滋病毒感染者，他們的免疫系統能夠抑制這種病毒。通過計算機模擬分子，他們確定了使這些人如此&34;的原因。Karplus說：&34; 這些抗體也稱為廣泛中和的HIV-1抗體或bNAb，可靶向病毒的保守表位，即使其他病毒正在突變，這些表位仍然存在。他說：&34; 類似的方法可能用於流感。

馬丁·卡爾普斯（Martin Karplus），諾貝爾獎獲得者和西奧多·威廉·理查茲（Theodore William Richards），哈佛大學化學教授。

這是建模和仿真的新時代，藉助於這些先進的技術，科學家們正在加速發現藥物，疫苗，醫療設備，材料和許多其他產品。多年來，仿真早就用於物理系統，以廉價，快速地測試數百個原型設計。現在，它們正在蔓延。就生物醫學而言，從倫理和實踐的角度來看，模擬通常是測試數千種藥物製劑的唯一可行選擇。模擬是使用技術來提高生物醫學測試安全性的一項重大舉措的一部分。

Tina Morrison，美國食品和藥物管理局（FDA）應用力學系副主任。

人造人體器官，也稱為晶片上的器官，是另一種這樣的技術。達索系統公司BIOVIA品牌的首席戰略官Reza Sadeghi說：&34;該公司開發3D設計和數字模型軟體。&34;

來自模擬的數據越來越多地擴增了臨床試驗結果。&34; 美國食品和藥物管理局（FDA）應用機械師部門的副主任Tina Morrison說。&34;

降低抗生素耐藥性

虛擬實驗室的另一個樂趣是您可以一次運行多個實驗室。Karplus還與哈佛大學的生物物理學家Victor Ovchinnikov合作，進行了模擬實驗來對抗抗生素耐藥性。他說：&34;

細菌具有泵結構，使它們能夠排出抗生素，而Karplus和Ovchinnikov已經能夠找到使它們失活的肽。Karplus解釋說：&34;

所有這一切僅使用一臺小型計算機即可完成，該計算機將信息發送到偏遠地區的大型系統，例如加利福尼亞伯克利的國家能源研究科學計算中心，在該中心執行複雜的計算。新發現的肽是由多倫多大學生物化學家Charles Deber領導的團隊合成的，並在現實世界中進行了功效和劑量確定測試。

通過這些分子動力學模擬，Karplus和他的團隊越來越了解生物系統各個組成部分的功能。Karplus說：&34; &34;

設計新藥

輝瑞製藥公司也正在使用計算建模和仿真來簡化新藥的設計過程。&34;執行董事Enoch Huang說，他在位於麻薩諸塞州劍橋的輝瑞公司（Pfizer）從事計算科學。&34;

在藥物發現中，可能有數百萬個可能起作用的分子。虛擬測試有助於將數字增加到一個可管理的數量。Enoch Huang說：&34;

評估醫療設備

除了促進新藥和疫苗的開發，虛擬實驗室還協助醫療設備的安全性評估。FDA與醫療器械創新聯盟合作，最近使用虛擬患者概念來測試新的起搏器導線，該導線將來自起搏器的電能用於刺激心臟。該團隊使用了潛在客戶的工程模型並應用了概率方法來說明患者的活動，患者的身材差異，製造差異等。通過模擬成千上萬次虛擬試驗，該團隊可以預測引線的存活率-在形成會阻塞電荷的斷裂之前，引線將持續多長時間。然後，將來自虛擬患者隊列的數據用作先驗知識，以設計針對新引線的適應性臨床試驗，其中對真實和虛擬患者的引線斷裂終點進行了評估。

&34; Morrison說。&34;

鑑於每位患者的平均費用為30,000-50,000美元，因此消除了招募和關注44位患者的需要，從而節省了大量時間和成本。她說：&34; &34;