VR使藥物“看得見(jiàn)、摸得著”

VR結(jié)合醫(yī)學(xué)早已不是什么新鮮事。從VR心臟模型、VR醫(yī)療平臺(tái)到模擬手術(shù)機(jī)器人，VR已經(jīng)為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)了眾多便利。而最近，科學(xué)家們更是利用VR觀察分子結(jié)構(gòu)，以研發(fā)各種藥物。

而藥物研發(fā)公司C4XDiscovery（C4XD）開(kāi)發(fā)了一款VR工具——4Sight，能幫助化學(xué)家將復(fù)雜分子的結(jié)構(gòu)可視化，即在VR中把微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)在眼前，用以研發(fā)與癌癥、慢性成癮等疾病相關(guān)的新藥。

VR使藥物“看得見(jiàn)、摸得著”

在虛擬世界中，科學(xué)家能夠近距離地親眼觀察他們?cè)O(shè)計(jì)的藥物結(jié)構(gòu)，而且可以用手觸碰懸浮在他們面前的虛擬分子，跟分子結(jié)構(gòu)親密“互動(dòng)”，以查看更多細(xì)節(jié)。

C4XD的生物化學(xué)家正在利用VR技術(shù)，研發(fā)治療呼吸系統(tǒng)疾病以及帕金森等相關(guān)疾病的藥物。

通過(guò)使用公司的專(zhuān)有數(shù)據(jù)庫(kù)，C4XD與制藥企業(yè)Invidior合作研發(fā)一款成癮治療藥物。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)非常詳盡，記錄了每種藥物分子的詳細(xì)信息，如分子的不同形態(tài)。

C4XD的藥物化學(xué)家Thorsten Nowak表示：“使用4Sight觀察分子結(jié)構(gòu)具有突破性意義。分子成了我眼前世界的一部分，我能在空中操縱它們，就像比較兩個(gè)橘子和兩個(gè)蘋(píng)果，這種感覺(jué)太奇妙了”。

這個(gè)VR平臺(tái)使藥物發(fā)現(xiàn)“看得見(jiàn)、摸得著”。

Nowak說(shuō)，化學(xué)家往往需要去觀察所研究的事物，但由于人類(lèi)視野的界限性，其想象力也受到了限制，因?yàn)樗麄儾荒軐⒎肿右苑浅＞?xì)的程度呈現(xiàn)在眼前。

過(guò)去，化學(xué)家們會(huì)使用塑料的“球棍”模型來(lái)代表藥物，但這些模型都是靜態(tài)的。現(xiàn)在，依靠VR技術(shù)，他們能看到動(dòng)態(tài)的分子呈現(xiàn)在眼前，以及分子結(jié)構(gòu)的變化情況。

“看電視的時(shí)候，你能看見(jiàn)所有的畫(huà)面，但卻永遠(yuǎn)不可能身處其中，”Nowak說(shuō)，“而VR使分子結(jié)構(gòu)逼真的呈現(xiàn)在眼前，仿佛它們是你身邊的物體一樣?！?/p>

C4XD的生物醫(yī)學(xué)團(tuán)隊(duì)正在深入研究VR技術(shù)。通過(guò)VR，科學(xué)家們能獲得關(guān)于分子的更多信息。因此，他們開(kāi)始嘗試在VR中建模，以便可以看到分子的結(jié)構(gòu)，且精度超過(guò)二維模型。C4XD希望借此研發(fā)出更好的藥物。

分子與受體蛋白質(zhì)如同“鎖”和“鑰匙”

分子的結(jié)構(gòu)一直在變。在藥物研發(fā)的過(guò)程中，化學(xué)家們尋找的是擁有“合適結(jié)構(gòu)”的分子，即擁有合適的分子形態(tài)、包含與治療疾病相關(guān)的物質(zhì)。這意味著它不僅更有可能與所涉及的蛋白質(zhì)（比如管理食欲的食欲素受體）相結(jié)合，而且副作用最少。

雖然分子的結(jié)構(gòu)一直在變，但有些分子比其他分子在更多的時(shí)候擁有更適合與其他分子結(jié)合的形態(tài)，而化學(xué)家們要找的就是這樣的分子。

C4XD首席科學(xué)官克Craig Fox用“鎖和鑰匙”來(lái)比喻這種情況：“你的體內(nèi)有一把鎖，也就是被藥物瞄準(zhǔn)的蛋白質(zhì)，即靶向蛋白質(zhì)。而藥物，也就是所謂的‘鑰匙’?！?/p>

化學(xué)家試圖找到最好的鑰匙，與那種蛋白質(zhì)相結(jié)合。于是，這需要其弄清楚那種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，看看“已知的鑰匙”是否能夠成功地與之結(jié)合，并產(chǎn)生療效。然后，通過(guò)無(wú)數(shù)次的嘗試，尋找到合適的藥物。

VR使藥物研發(fā)過(guò)程變得更為有趣

通過(guò)分析眾多分子模型，化學(xué)家可以設(shè)想在一個(gè)理想的世界中，什么樣的分子能成為最好的“鑰匙”，更有效地治療疾病，副作用更少。就食欲素而言，我們希望找到一種能節(jié)制食欲但不會(huì)導(dǎo)致失眠的藥物。

這是個(gè)試錯(cuò)的過(guò)程（從早期的迭代到最終的藥物實(shí)驗(yàn)），以尋找最適合的分子。

C4XD表示：通過(guò)他們的VR工具，再結(jié)合其采集的關(guān)于每種分子及其結(jié)構(gòu)的詳細(xì)信息，可以縮小他們?cè)谒幬锇l(fā)現(xiàn)過(guò)程中的誤差范圍，也就是在藥物進(jìn)行人體試驗(yàn)之前的實(shí)驗(yàn)階段盡可能地減少誤差。

4Sight首席開(kāi)發(fā)人員Philip Muwanga曾在Ninjar Studios和Pixelbomb Games做過(guò)游戲設(shè)計(jì)，后來(lái)轉(zhuǎn)行化學(xué)研究領(lǐng)域。

為選中的分子建好模型后，科學(xué)家可以操控與藥物分子相結(jié)合的分子受體。在VR中，受體以圓球形式排列，而藥物分子的結(jié)構(gòu)呈細(xì)長(zhǎng)形態(tài)?；瘜W(xué)家可以放大受體，把分子映射到受體的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行比較，以找到合適的分子。

另外，4Sight開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)正在努力使藥物研究的過(guò)程不再索然無(wú)味，比如，為分子建模過(guò)程添加聲效（比如泡泡音和咔嗒聲）以讓分子變得更為‘生動(dòng)可愛(ài)’。