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戴上VR探索冠狀病毒 藥物開發再進化

科學家利用VR裝置來近距離觀察藥物化合物分子結構,能夠更清楚研究原子結構的距離、形狀和化學性質的細微變化。法新社

隨著虛擬實境(VR)技術繼續持續改良,應用場景也持續增加,包括藥物開發研究人員也透過VR裝置來觀察過去只能在電腦螢幕上顯示的分子結構。藉由VR的觀察,能夠更清楚研究原子結構的距離、形狀和化學性質的細微變化,這些變化能提供研究人員有關藥物是否起到預期作用的相關線索,並加快藥物開發進程。

根據華爾街日報(WSJ)報導,致力於將迷幻藥轉化用於治療精神和心理疾病的Psilera公司聯合創辦人暨科學長Jackie von Salm博士便透過VR頭戴式裝置,並使用新創公司Nanome開發的3D分子建模軟體,將自己的虛擬化身置入虛擬分子結構中;虛擬化身可在化合物分子結構間穿梭,進行360度探索,這在傳統軟體和螢幕上難以進行且曠日廢時。

Nanome的軟體結合了基於化學運算和晶體學等方式的分子結構實驗和理論數據,用於辨識原子排列。在VR中,由科學家用顏色編碼的藥物分子和蛋白質顯得格外醒目,研究人員可藉由控制器來旋轉、縮放分子結構,以進行觀察。

過去數十年來,科學家主要採用軟體、資訊系統在電腦螢幕上觀察分子結構,這樣的方式相對複雜、費時又昂貴,更缺乏了VR身歷其境和直觀的品質,後者甚至亦有助於其他科學家共同協作。

因此,有不少科學家和研究人員希望VR能成為更廣泛使用的工具,有助於縮短過去長達數年的藥物設計和開發進程,也可讓藥物更快上市。諾華製藥集團(Novartis International AG)旗下創新機構諾華研究基金會(Novartis Research Foundation)基因組學研究所結構生物學主任Glen Spraggon表示,VR能夠讓結構生物學和藥物設計進程大眾化,以加快先導分子測試的能力。事實上,過去5年來諾華已大量採用VR來加快藥物開發進程。

藥物化合物的幾何結構相當複雜,有數十甚至數百個原子;為治療疾病,許多藥物化合物必須能夠塞進目標蛋白受體中,而這些受體可以有數萬個原子以及自己獨特的幾何結構。若排列不正確,藥物將無法起到作用,甚至可能引起副作用;更重要的是,藥物分子和蛋白質不是固定的,而是隨著時間改變形狀。

自2018年起,加州大學舊金山分校癌症研究人員便開始使用VR來更好的了解可能使病患對治療產生抗拒的癌細胞基因突變。例如,可觀察到藥物無法與癌細胞中標靶蛋白正確結合是因為名為P-loop蛋白質的其中部分變動,而這樣的變動是由標靶突變所引起。這樣的細微變動是過去無法在電腦螢幕上觀察到的。加州大學舊金山分校兒科血液學家和腫瘤學家Beth Apsel Winger表示,VR對於觀察這些細微變化是至關重要的。

目前,因藥物分子和蛋白質、變動模擬等龐大資料庫影響了處理能力,限制了可在VR中觀察的內容數量。不過未來幾年包括在硬體、軟體以及運算能力的進步,可望解決上述問題。

麻省理工學院(MIT)材料科學家和工程學教授Markus Buehler認為,導入聲音和人工智慧(AI)應用可進一步放大VR技術的價值,例如在VR中導入音波來檢測分子運動的細微變化,否則很難在電腦上觀察到。該團隊正在開發一個能夠讓研究人員戴上VR裝置在冠狀病毒3D模型中穿梭的系統,並可聽到代表病毒不同部位震動頻率的各種聲音。

而研究人員也真的發現了冠狀病毒表面的刺突蛋白內的震動,可能更具致命性或傳染性。科學家們希望能夠利用相關資訊來判斷哪些人可容易受感染、有哪些變種病毒更致命,以及如何設法降低病毒的不良效應。


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