機(jī)器學(xué)習(xí)加快球型核酸合成

球型核酸(spherical nucleic acids)被認(rèn)為是一種具有革新性的新藥，這種微型粒子在免疫療法中扮演了重要的角色，具有治療很多疾病的前景。但是，在這之前，科學(xué)家們還需要克服很多難題。近日，美國西北大學(xué)(Northwestern University)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)采用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，尋找到了更直接的優(yōu)化球型核酸篩選和合成的方法，在使用免疫療法治療癌癥、遺傳性疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的道路上更進(jìn)一步。研究論文刊登在近期出版的《Nature Biomedical Engineering》上。

球型核酸的發(fā)現(xiàn)者，西北大學(xué)的化學(xué)家Chad A. Mirkin博士介紹說：“目前已經(jīng)有五種使用了球型核酸技術(shù)的新藥進(jìn)入了人體臨床試驗(yàn)階段。這些藥所涉及的疾病包括惡性膠質(zhì)瘤(最常見的腦部腫瘤)和銀屑病(牛皮癬)。”

顧名思義，球型核酸的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為一個(gè)球形，外表面有含有DNA和RNA的成分?？茖W(xué)家可以對球型核酸進(jìn)行編輯，使其具有關(guān)閉特定基因和細(xì)胞活性的功能，以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化治療。近期，也有研究通過激活人體內(nèi)的免疫系統(tǒng)來治療特定疾病(如癌癥)的疫苗。因此，這種療法又稱為免疫療法。

盡管球型核酸有在諸多不同疾病中發(fā)揮功效的潛力，發(fā)現(xiàn)和合成這種粒子卻并不容易。想要最大化發(fā)揮球型核酸的功能，需要對其大小、成分、DNA序列等進(jìn)行優(yōu)化，這些特性的細(xì)微變化都會(huì)影響其激活特定免疫反應(yīng)的效果，甚至導(dǎo)致其生物活性不明顯。

新研究采用了名為SAMDI-MS的技術(shù)，一次性篩選了1000種不同的球型核酸結(jié)構(gòu)。緊接著，研究人員使用高通量方法(high-throughput method)和質(zhì)譜分析(mass spectrometry assay)快速測量了球型核酸的免疫激活效果。最后，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以根據(jù)球型核酸的免疫激活進(jìn)行定量建模，并確定能達(dá)到最佳”結(jié)構(gòu)—活性關(guān)系“所需的最小球形核酸數(shù)量。

新方法將會(huì)大大加快球型核酸的合成、測量和分析進(jìn)度，減少不必要的步驟，助力新藥的研發(fā)。藥物研發(fā)者可以根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)對球型核酸結(jié)構(gòu)功能的分析，對不同球型核酸進(jìn)行排序?；诖耍邪l(fā)者還能建立一套基于效用的球型核酸設(shè)計(jì)規(guī)則，從而加快針對特定疾病的免疫療法藥物研發(fā)進(jìn)程。

新研究成果再次展現(xiàn)了機(jī)器學(xué)習(xí)解決復(fù)雜生物問題的能力，Mirkin博士表示：“這可以使研究者專注精力于最有潛力的球型核酸結(jié)構(gòu)，以最終研發(fā)出強(qiáng)大的癌癥療法”。

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