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研究人员率先使用VR设计新药

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

这项发现发表在《PLOS ONE》杂志上,描述了研究人员如何使用VR来了解常见药物在分子水平上的作用。

许多药物都是小分子,发现新药物涉及发现与蛋白质等生物靶标结合的分子。

在这项研究中,用户能够使用VR(iMD-VR)中的交互式分子动力学模拟,使用VR来“步入”蛋白质并对其进行操纵,以及与原子结合的药物在原子上的细节。

使用这种iMD-VR方法,研究人员可以将药物分子“塞入”蛋白质中,并能够准确预测药物的结合方式。在研究的系统中,有用于治疗流感和艾滋病毒的药物。

阿德里安·穆赫兰教授,布里斯托尔的中心计算化学和工作的共同领导的大学,说:“许多药物通过结合蛋白质和阻止他们工作的工作例如,通过结合特定的病毒,蛋白质,药物可以阻止病毒繁殖。

“要很好地结合,小分子药物需要紧密地适合蛋白质。药物发现的重要部分是找到与特定蛋白质紧密结合的小分子,并了解使它们紧密结合的原因,这有助于设计更好的药物。

“要设计新的疗法,研究人员需要了解药物分子如何适应其生物靶标。为此,我们使用VR将它们表示为完全三维的物体。然后,用户可以将药物嵌入蛋白质的'锁孔'中绑定站点以发现它们如何组合在一起。”

已显示市售的流感药物达菲(带有亮光)与它靶向的病毒蛋白神经氨酸酶(紫色至黄色)结合。蛋白质旁边还显示了用户的VR头戴式耳机和控制器的渲染。图片来源:布里斯托大学

在这项研究中,使用者的任务是将药物与蛋白质靶标结合,例如流感神经氨酸酶和HIV蛋白酶。

测试表明,用户能够正确预测药物如何结合其蛋白质靶标。通过将药物拉入蛋白质,他们可以构建与实验中发现的药物复合物非常相似的结构。

甚至非专家也能够将药物有效地对接到蛋白质中。这表明交互式VR可用于准确预测新的潜在药物如何与其靶标结合。

该研究表明,即使非专家,VR也可以有效地用于基于结构的药物设计中。它使用了现成的VR设备和开源软件框架,因此任何人都可以使用。

Mulholland教授补充说:“这项工作的一个重要方面是药物及其蛋白质靶标具有充分的灵活性:我们对它们的结构变化和动力学进行建模,用户可以交互操作它们以查找药物如何与其生物学靶标相互作用。是模拟药物结合的一种非常令人兴奋且功能强大的方法。我们在这项工作中表明,它可以提供准确的结果。这些工具将对新药的设计和开发有用。”

布里斯托尔化学学院和计算机科学系皇家学会高级研究员David Glowacki博士说:“我们的结果表明,可以在比模拟靶标时间短得多的模拟时间标度上从蛋白质靶标上解离和重新结合药物。使用非交互分子动力学引擎观察到的事件。

“同样重要的是要注意,使用iMD-VR生成的完全解除绑定和重新绑定事件是由用户在不到五分钟的实时时间内完成的。

“在非专家用户拥有痕量原子向他们展示正确姿势的地方,所有参与者都能够建立一个对接姿势,该对接姿势足够接近起始结构,因此在科学上被认为是对接的。

“在没有痕量原子存在的情况下,可以理解的是,绑定姿势的变化更大,但是用户仍然能够在所有三个系统的可接受绑定位置的相同范围内。这些结果是在一个小时的培训中实现的,每个会话参与者,演示了此VR框架的可用性。”

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