La piattaforma EVONANO consente agli scienziati di coltivare tumori virtuali e utilizzare l'intelligenza artificiale per ottimizzare automaticamente la progettazione delle nanoparticelle per curarli.

La capacità di coltivare e curare i tumori virtuali è un passo importante verso lo sviluppo di nuove terapie per il cancro. È importante sottolineare che gli scienziati possono utilizzare i tumori virtuali per ottimizzare la progettazione di farmaci a base di nanoparticelle prima che vengano testati in laboratorio o sui pazienti.

La carta, "Piattaforma computazionale evolutiva per la scoperta automatica di nanovettori per il trattamento del cancro, " è pubblicato oggi sulla rivista Nature Materiali di calcolo. Il documento è il risultato del progetto europeo EVONANO che coinvolge la dott.ssa Sabine Hauert e la dott.ssa Namid Stillman dell'Università di Bristol, ed è guidato dal Dr. Igor Balaz presso l'Università di Novi Sad.

"Le simulazioni ci permettono di testare molti trattamenti, molto velocemente, e per una grande varietà di tumori. Siamo ancora nelle prime fasi della creazione di tumori virtuali, data la natura complessa della malattia, ma la speranza è che anche questi semplici tumori digitali possano aiutarci a progettare in modo più efficiente nanomedicinali per il cancro, " ha detto il dottor Hauert.

Il Dr. Hauert ha affermato che disporre del software per coltivare e curare i tumori virtuali potrebbe rivelarsi utile nello sviluppo di trattamenti antitumorali mirati.

"Nel futuro, la creazione di un gemello digitale di un tumore paziente potrebbe consentire la progettazione di nuovi trattamenti con nanoparticelle specializzati per le loro esigenze, senza la necessità di lunghi tentativi ed errori o di lavoro di laboratorio, che è spesso costoso e limitato nella sua capacità di iterare rapidamente su soluzioni adatte ai singoli pazienti, " ha detto il dottor Hauert.

I farmaci a base di nanoparticelle hanno il potenziale per migliorare il targeting delle cellule tumorali. Questo perché le nanoparticelle sono minuscoli veicoli che possono essere progettati per trasportare farmaci ai tumori. Il loro design cambia la loro capacità di muoversi nel corpo, e mirare correttamente alle cellule tumorali. Un bioingegnere potrebbe Per esempio, cambia la taglia, carica o materiale della nanoparticella, rivestire le nanoparticelle con molecole che le rendono facilmente riconoscibili dalle cellule cancerose, o caricarli con diversi farmaci per uccidere le cellule tumorali.

Utilizzando la nuova piattaforma EVONANO, il team è stato in grado di simulare tumori semplici, e tumori più complessi con cellule staminali tumorali, che a volte sono difficili da trattare e portano alla ricaduta di alcuni malati di cancro. La strategia ha identificato progetti di nanoparticelle che erano noti per funzionare in ricerche precedenti, così come potenziali nuove strategie per la progettazione di nanoparticelle.

Come sottolinea il Dr. Balaz:"Lo strumento che abbiamo sviluppato in EVONANO rappresenta una ricca piattaforma per testare ipotesi sull'efficacia delle nanoparticelle per vari scenari tumorali. L'effetto fisiologico della modifica dei parametri delle nanoparticelle può ora essere simulato a un livello di dettaglio che è quasi impossibile raggiungere sperimentalmente."

La sfida è quindi quella di progettare la nanoparticella giusta. Utilizzando una tecnica di apprendimento automatico chiamata evoluzione artificiale, i ricercatori mettono a punto i progetti delle nanoparticelle fino a quando non possono trattare tutti gli scenari testati preservando le cellule sane per limitare i potenziali effetti collaterali.

Dottor Stillman, co-autore principale dell'articolo con il Dr. Balaz, afferma che "questo è stato un grande sforzo di squadra che ha coinvolto ricercatori computazionali in tutta Europa negli ultimi tre anni. Penso che questo dimostri il potere di combinare simulazioni al computer con l'apprendimento automatico per trovare modi nuovi ed entusiasmanti per curare il cancro".

Nel futuro, il team mira a utilizzare tale piattaforma per avvicinare i gemelli digitali alla realtà utilizzando i dati dei singoli pazienti per coltivare versioni virtuali dei loro tumori, e poi ottimizzare i trattamenti che fanno al caso loro. A breve termine, la piattaforma sarà utilizzata per scoprire nuove strategie di nanoparticelle che possono essere testate in laboratorio. Il software è open source, quindi c'è anche la speranza che altri ricercatori lo utilizzino per costruire la propria nanomedicina contro il cancro basata sull'intelligenza artificiale.

"Per avvicinarsi alla pratica clinica, nel nostro lavoro futuro ci concentreremo sulla replicazione dell'eterogeneità del tumore e sull'emergenza della resistenza ai farmaci. Riteniamo che questi siano gli aspetti più importanti del motivo per cui la terapia antitumorale per i tumori solidi spesso fallisce, " ha detto il dottor Balaz.