数学模型预测癌症纳米医学提供
纳米技术是一个超小规模的科学和工程项目:纳米尺度一纳米比十亿米, 比例有时会挑战以有意义的方式真正理解举例说,纳米尺度范围小粒子(这些小粒子被称为纳米粒子)的特性不同,远比大类粒子(或称宏粒子)的特性大它们的回动性、强度、传导性甚至颜色在纳米尺度和宏尺度之间大相径庭最突出例子可见于碳化名词-比钢强百倍-但轻六倍-
纳米粒子已经在多个行业使用有希望提高能效、帮助净化环境并降低成本提高制造业生产似无异于医学上如此令人振奋的潜力, 纳米粒子可直接用封装式带药到有目标地需要该药的地点, 从而增加交付到需要点的药量, 并同时减少非目标交付的副作用纳米技术医学应用正在改变我们诊断和治疗人类疾病的方式
精确预测纳米粒子在某些情况下的反应对研究者来说是一个强效实用工具 — — 特别是在医学假设时,如向肿瘤现场提供癌症药等。这将使临床医生设计对单个病人最优化的治疗策略,以便最大限度地提高治疗成功的可能性并改进患者结果Wang博士 Dogra博士和休士顿卫理公会研究所同仁创建计算模型,显示在实现这一目标方面取得显著成功
定向提供药物对改善癌症治疗极为重要
纳米技术医学
合成纳米粒子用于生物医学应用通常介于1-100纳米间将这种尺寸放入透视中,我们可以比较人型毛发,该毛发厚度为~100米表示大约一万纳米粒子 堆叠端结束 直径一毛纳米粒子大小相似多生物结构与分子单流感病毒直径约130纳米,而血红素分子约6nm纳米粒子和单细胞级系统之间的相似性使得纳米粒子有可能直接与这些系统交互并影响这些系统,这使得纳米粒子对生物医学研究和应用极有帮助纳米医学比传统免费提供药(即非封装药)多长,包括提高溶性比宏级同一种药,提高敏感药对生理退化的稳定性,改善组织吸收度,并更好地面向特定疾病发源地
纳米医学(Nanop粒子加药)用于改善对各种失序病人的治疗,包括癌症、多硬化症和肺气肿其中大多数以粒子传递药物,即微粒微粒微粒,即自成一体液或气结构,外脂双层封装小运货工具可加载或运输药物定时纳米载体有潜力打包并保护过毒、脆弱、不可解解解或不稳定的货物,无法免费交付最近的一个实例是开发脂纳米粒子疫苗,用SARS-COV-2对人进行免疫,SARS-COV-2是全球COVID-19大流行背后的病毒纳米载体也可以安装各种触发机制,根据右细胞内部或外细胞环境刺激,设计出按需卸载货物这对于癌症治疗特别有价值
癌症纳米医学精确交付
定向提供药物对改善癌症治疗极为重要我们希望能够锁定癌症肿瘤,而不是器官内部的健康组织然而,实现只面向机构内期望领域是一个挑战性问题。工程师通过调整纳米粒子的物理化学特性,包括其大小、形状和表面特征,发现微调粒子的方法,以便连同药用货一起交付给预期的治疗目标变化参数可能影响纳米粒子效率向肿瘤现场提供治疗剂
临床应用关键是纳米粒子合成得到精确控制,以确保它们有完全期望的物理和化学属性。保证纳米粒子安全高效投送,不产生不良或意外副作用Wang博士及其团队想出方法, 通过预测数学模型解决问题, 精确预测纳米粒子如何在人体内分布
预测型癌症纳米医学
纳米粒子介导癌症治疗在过去仅部分成功临床翻译背后的一个主要原因就是 大部分纳米粒子,一旦进到病人内部, 都无法交付到预期目标改善纳米粒子设计以克服这一缺陷,需要更好地了解纳米粒子系统药代学和肿瘤微环境背景下肿瘤传递效率数学模型可成为实现此目标的宝贵工具获取这种理解的一个方法就是数学建模,研究者通过数学模型设计纳米粒子投送关键生物物理过程数学描述,以便快速研究纳米粒子特性如何通过计算机模拟影响交付
Wang博士及其团队的目标是提高对关键纳米粒子属性关系的理解度(可测量度),提高分布方式分布全体,提高传入肿瘤效率实现这一点时,开发出新数学模型,预测肿瘤分布和交付
利用纳米粒子属性输入模型并用老鼠实验数据验证后,研究人员能够确认模型准确预测纳米粒子行为并用模型计算广度多维参数空间(可能参数空间定义特定数学模型),以便发现纳米粒子设计可如何改进以增加肿瘤传播
开发出新数学模型 预测肿瘤分布
允许可视化和量化纳米粒子在整个身体的行为方式知识对全面理解纳米粒子药效学和药效学至关重要团队识别出数大关键参数与纳米粒子和肿瘤属性相关,并发现这些参数制约纳米粒子分布和肿瘤可传递性分析显示多项关键参数引导纳米粒子向肿瘤传播,包括纳米粒子大小和降解速率
未来效益模型
数学模型未来可作为一种宝贵工具指导纳米粒子设计开发优化投送固态肿瘤理解这些参数还有助于最大限度地安全并避免意外副作用
Wang博士和Dogra博士将继续工作提高模型预测力,方法包括附加关键参数和测量法,如高级成像和分子参数卷成像与数学建模相融合是一个宝贵工具,除了对宏模进行药理学评价外,还可深入了解交通屏障诱发药阻或治疗故障机制模型还可能与其他多尺度模型相融合并获取对各种测试药和新纳米粒子配方的更完全药代素理解还可以支持开发新策略,改善向肿瘤提供药物和为个体病人提供个性化癌症治疗
个人响应
最令人振奋的潜力 改善预测模型的未来
下一步,模型将更新以包括更多纳米粒子参数,如表压和表化学,因为这些参数被认为对影响纳米粒子药理活动至关重要为此,将广泛挖掘发布前科研究所得数据,以确定纳米粒子属性与肿瘤交付效率之间的实证关系模型补充输入,提高预测力和实用性,提供最优纳米粒子设计指南