研究人员率先使用虚拟现实设计新药

时间:2020-03-22 18:14 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

研究人员率先使用虚拟现实设计新药

布里斯托尔大学的研究人员率先使用虚拟现实(VR)作为设计下一代药物治疗的工具。

发表在《公共科学图书馆?综合》(PLOS ONE)杂志上的研究结果描述了研究人员如何利用虚拟现实来了解普通药物在分子水平上的作用。

许多药物都是小分子,而发现新药物需要找到与蛋白质等生物靶点结合的分子。

在这项研究中,用户可以使用虚拟现实技术“进入”蛋白质内部并操纵它们,而药物则通过交互式分子动力学模拟技术(iMD-VR)在原子细节上与蛋白质结合。

利用这种iMD-VR方法,研究人员将药物分子“插入”到蛋白质中,从而能够准确预测药物的结合方式。研究的系统包括治疗流感和艾滋病的药物。

布里斯托尔大学计算化学中心的艾德里安·穆赫兰教授是这项研究的共同负责人,他说:“许多药物是通过与蛋白质结合并阻止其发挥作用而起作用的。例如,通过与特定的病毒蛋白结合,药物可以阻止病毒的繁殖。

“为了更好地结合,小分子药物需要与蛋白质紧密结合。药物发现的一个重要部分是找到与特定蛋白质紧密结合的小分子,并了解是什么使它们紧密结合,这有助于设计更好的药物。

为了设计新的治疗方法,研究人员需要了解药物分子是如何适应他们的生物学目标的。为此,我们使用VR将它们表示为完全三维的对象。然后,使用者可以将药物放入蛋白结合位点的‘锁孔’中,从而发现它们是如何结合在一起的。”

研究人员率先使用虚拟现实设计新药

在这项研究中,研究人员让受试者将药物与流感神经氨酸苷酶和艾滋病病毒蛋白酶等蛋白靶点结合。

测试表明,使用者能够正确预测药物如何与他们的蛋白质目标结合。通过将药物注入蛋白质,他们可以构建与实验中发现的药物复合物结构非常相似的结构。

即使是非专家也能有效地将药物导入蛋白质。这表明,交互式虚拟现实可以用来准确预测新的潜在药物如何与目标药物结合。

这项研究表明了VR如何能够有效地应用于基于结构的药物设计,即使是非专家。它使用现成的VR设备和开源软件框架,任何人都可以使用。

穆赫兰教授补充说:“这项工作的一个重要方面是,这些药物及其蛋白靶标是完全灵活的:我们对它们的结构变化和动态进行建模,用户可以交互式地操纵它们,以发现药物如何与它们的生物靶标相互作用。”这是一种非常令人兴奋和强大的药物结合模型。在这项工作中,我们已经证明它能给出准确的结果。这些工具将有助于新药的设计和开发。”

大卫Glowacki博士,英国皇家学会高级研究员在布里斯托尔学院的计算机科学、化学和部门表示:“我们的结果表明,有可能解开从蛋白质和重新绑定药物目标模拟时间尺度明显短于类似事件的时间尺度观察使用非交互式分子动力学引擎。

“值得注意的是,使用iMD-VR生成的全部解除绑定和重新绑定事件是由用户在不到5分钟的实时时间内完成的。”

“当非专业用户通过追踪原子得出正确的姿势时,所有的参与者都能建立一个足够接近起始结构的对接姿势,以便科学地考虑重新对接。”

“在没有微量原子存在的情况下,绑定姿势的变化更多,这是可以理解的,但用户仍然能够在相同的范围内接受三个系统的绑定位置。”这些结果是在每个参与者一个小时的训练中实现的,证明了这个VR框架的可用性。”

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