A plataforma EVONANO permite aos cientistas desenvolver tumores virtuais e usar inteligência artificial para otimizar automaticamente o design de nanopartículas para tratá-los.

A capacidade de crescer e tratar tumores virtuais é um passo importante para o desenvolvimento de novas terapias para o câncer. Mais importante, os cientistas podem usar tumores virtuais para otimizar o design de medicamentos baseados em nanopartículas antes de serem testados em laboratório ou em pacientes.

O papel, "Plataforma computacional evolutiva para a descoberta automática de nanocarreadores para tratamento de câncer, "é publicado hoje na revista Nature Materiais Computacionais. O artigo é o resultado do projeto europeu EVONANO que envolve a Dra. Sabine Hauert e o Dr. Namid Stillman da Universidade de Bristol, e é liderado pelo Dr. Igor Balaz da Universidade de Novi Sad.

"As simulações nos permitem testar muitos tratamentos, muito rapidamente, e para uma grande variedade de tumores. Ainda estamos nos estágios iniciais de produção de tumores virtuais, dada a natureza complexa da doença, mas a esperança é que mesmo esses simples tumores digitais possam nos ajudar a projetar de forma mais eficiente nanomedicina para o câncer, "disse o Dr. Hauert.

Dr. Hauert disse que ter o software para desenvolver e tratar tumores virtuais pode ser útil no desenvolvimento de tratamentos direcionados ao câncer.

"No futuro, a criação de um gêmeo digital de um tumor de paciente pode permitir o projeto de novos tratamentos de nanopartículas especializados para suas necessidades, sem a necessidade de extensa tentativa e erro ou trabalho de laboratório, que muitas vezes é caro e limitado em sua capacidade de iterar rapidamente em soluções adequadas para pacientes individuais, "disse o Dr. Hauert.

Drogas baseadas em nanopartículas têm potencial para melhorar o direcionamento de células cancerosas. Isso ocorre porque as nanopartículas são veículos minúsculos que podem ser projetados para transportar drogas para os tumores. Seu design muda sua capacidade de se mover no corpo, e direcionar corretamente as células cancerosas. Um bioengenheiro pode, por exemplo, mude o tamanho, carga ou material da nanopartícula, revestir as nanopartículas com moléculas que as tornam fáceis de reconhecer pelas células cancerosas, ou carregue-os com diferentes drogas para matar as células cancerosas.

Usando a nova plataforma EVONANO, a equipe foi capaz de simular tumores simples, e tumores mais complexos com células-tronco cancerosas, que às vezes são difíceis de tratar e levam à recaída de alguns pacientes com câncer. A estratégia identificou designs de nanopartículas que funcionavam em pesquisas anteriores, bem como novas estratégias potenciais para o projeto de nanopartículas.

Como o Dr. Balaz destaca:"A ferramenta que desenvolvemos no EVONANO representa uma plataforma rica para testar hipóteses sobre a eficácia das nanopartículas para vários cenários de tumor. O efeito fisiológico de ajustar os parâmetros das nanopartículas agora pode ser simulado no nível de detalhe que é quase impossível para alcançar experimentalmente. "

O desafio é então projetar a nanopartícula certa. Usando uma técnica de aprendizado de máquina chamada evolução artificial, os pesquisadores ajustam os designs das nanopartículas até que possam tratar todos os cenários testados, preservando as células saudáveis ​​para limitar os efeitos colaterais potenciais.

Dr. Stillman, co-autor principal do artigo com o Dr. Balaz, diz que "este foi um grande esforço de equipe envolvendo pesquisadores computacionais em toda a Europa nos últimos três anos. Acho que isso demonstra o poder de combinar simulações de computador com aprendizado de máquina para encontrar maneiras novas e interessantes de tratar o câncer."

No futuro, a equipe pretende usar essa plataforma para trazer gêmeos digitais mais perto da realidade, usando dados de pacientes individuais para desenvolver versões virtuais de seus tumores, e otimizar os tratamentos certos para eles. Em um prazo mais próximo, a plataforma será usada para descobrir novas estratégias de nanopartículas que podem ser testadas em laboratório. O software é de código aberto, portanto, também há esperança de que outros pesquisadores o usem para construir sua própria nanomedicina contra o câncer alimentada por IA.

“Para se aproximar da prática clínica, em nosso trabalho futuro, enfocaremos na replicação da heterogeneidade do tumor e no surgimento de resistência a medicamentos. Acreditamos que esses são os aspectos mais importantes de porque a terapia do câncer para tumores sólidos muitas vezes falha, "disse o Dr. Balaz.