网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

科学家在虚拟细胞中为“最毒乳腺癌”患者试药……个性化医疗新范式雏形初显?

0
分享至

设置星标★关注,从此你的世界多点科学~


癌症治疗作为一门科学实践,目前仍欠缺精确性和可预测性,要求大量试错。

长在不同病人体内的同一类型肿瘤,可能表现得天差地别。对A患者有效的抗癌药物,用到B患者身上可能完全失灵。若有多种药物联合使用,不确定性还会叠加。另一方面,在试错过程中不断累积的副作用,会与持续增殖的肿瘤一起折磨病人身体。

正因治疗缺少精准度,患者才需要精准治疗,需要个性化、定制化的治疗。

医学界总在追求以更快速度定制癌症个性化治疗方案,如今,人工智能有望带来更快更好的方案。

今年9月,杭州西湖大学的研究团队于《自然》(Nature)杂志撰文,介绍了一款针对三阴性乳腺癌的AI虚拟细胞模型。三阴性乳腺癌是一种常能逃避标准疗法的难治性癌症,而该模型可预测不同患病个体对各类药物的反应。

这款虚拟细胞名为ProteinTalks,并未复刻天然细胞的全部细节,而是聚焦于蛋白质,其接受的训练基于一个经过精心整理的大规模数据集。数据集记录了大量实验室癌细胞经药物处理前后,其细胞内蛋白质的变化情况。

相较于现有的药物定制方案,虚拟细胞表现更优,甚至还发现了可能效果更佳的药物新组合。论文通信作者、西湖实验室智能蛋白质组中心主任郭天南表示,这是虚拟细胞模型首次走出实验室,在临床场景中接受验证。

鉴于ProteinTalks模型具备可迁移性,稍作调整便可面向其他癌症类型预测药物反应,我们有理由相信,其应用范围将拓展至乳腺癌之外。

当然,AI虚拟细胞与实际临床应用之间仍有距离。一方面,目前ProteinTalks最多只能评估由两种药物组成的联用方案。另一方面,西湖大学团队仅在实验室培养的患者来源细胞上验证了预测。我们需要人体试验来检验AI建议是否真正有益。

用AI构造减配版本的细胞

每个细胞都如同一座熙熙攘攘的城市。蛋白质在拥挤的内部飞速移动,短暂地相互结合,以此调控细胞功能;脂质分子构筑起具有保护作用的外层细胞膜;信使RNA将遗传指令输送至蛋白质合成工厂……

所有这些功能分子都会向细胞的控制中枢,也就是储存DNA的细胞核,传递反馈信号——信号会调控基因的开启与关闭,从而维持细胞正常运转。

以数字化形式重现复杂细胞系统的构想,听起来不切实际,但这对人工智能而言并非空想。

不同于娇弱的天然细胞,AI构造的虚拟细胞能大幅压缩实验所需的时间和人力成本,让科研人员以极快速度测试海量研究设想。

值得一提的是,瑞典国家生命科学实验室(Science for Life Laboratory,由四所瑞典大学联合运营)已启动宏大的AlphaCell项目,旨在创建AI模型用以预测细胞在健康或疾病状态下如何运作、如何发生适应性改变。

AI虚拟细胞不只是学术前沿,也是产业界疾驰的方向。

谷歌DeepMind联合创始人德米斯·哈萨比斯(Demis Hassabis)在一次访谈中提到,其团队正开发一种由AI驱动的虚拟细胞核,该细胞核相对独立、自成体系,可作为构建完整细胞的起点。

此外,陈‑扎克伯格倡议基金会正与英伟达合作,打造用于运行、评估虚拟细胞的工具和AI模型。

早期构建虚拟细胞的尝试大多依赖单细胞转录组学数据。我们可将此类数据视作关于基因活性的快照,但它们未必反映某一时刻蛋白质的真实活动,而且可能遗漏某些变化。

郭天南等人的新研究另辟蹊径,绕开中间环节。他们不再根据“某一时刻哪些基因处于活跃状态”去推断“那一刻蛋白质的活性”,而是直接基于蛋白质本身来训练AI模型,并依托模型打造新型虚拟细胞。

AI预测蛋白质对癌症药物的反应

基于蛋白质的AI模型训练始终面临一大阻碍:缺乏完备的数据集。

针对数据难题,西湖大学团队选用18种永生化乳腺癌细胞系,其中16种为三阴性乳腺癌,并以63种获FDA批准的抗癌药物和59种常见药物组合处理了这些细胞系,随后分别在4个时间节点,即给药前、给药后6小时、24小时以及48小时,测量了数千种蛋白质,最终总共收获超3800万条蛋白质测量数据(另有细胞存活数据)。

在如此大规模数据集上训练而来的ProteinTalks模型,会有多强大呢?不妨先来看看它捕捉“对治疗有反应的蛋白质”的能力。

根据论文介绍,AI找到了800多种因药而变的蛋白质——它们在细胞内的表达水平(丰度)因药物处理而发生改变;其中某些蛋白的变化格外迅速,而模型也能锁定这一子集。在研究者看来,变化灵敏的蛋白可用作提示早期药物反应的“哨兵”。

总体而言,用药效果符合预期:部分药物会破坏细胞骨架结构,另一些则干扰DNA修复或细胞生长过程,最终促使癌细胞死亡。

在治疗过程中,肿瘤可能逐渐产生耐药性,逃避治疗,导致复发或转移。ProteinTalks识别出多种与肿瘤逃避治疗相关的候选蛋白。这些蛋白质既可作为耐药发生的信号,也有望成为攻克耐药问题的药物靶点。

此外,模型还具备泛化能力。当面对81种训练期间从未见过的药物时,ProteinTalks预测蛋白质变化的准确率达88%,性能优于多款既往模型。

AI预测有效药物并提供用药建议

除了要识别对药有反应的蛋白质,还要预判能让蛋白质起反应的药。

郭天南等人表示,他们使用了900多种药物组合来训练模型,检验模型筛选潜力药物组合的能力。结果表明,对于已被实验验证并投入临床使用的联合用药方案,AI总有识“药”之明,会给出更高评分。

在识药的基础上,ProteinTalks能否完成高阶的任务,比如,针对特定患者筛选用药方案、确定治疗的优先顺序?西湖大学团队探究了AI的这项能力。

他们利用三名乳腺癌患者的蛋白质组学数据,对3000种已获批或处于临床阶段的药物分子进行筛选;模型最终给出的部分治疗方案,与实际能控制患者病情的疗法相吻合,甚至,它还额外推荐了三种可能更有效的分子。

ProteinTalks的预测结果后续被证明有效:针对患者来源的癌细胞样本,AI推荐药物相比常规疗法,能在更低剂量下抑制细胞生长。

ProteinTalks虽然从乳腺癌相关数据中训练而来,但也可适配其他癌症类型——只要输入对应类型的蛋白质组学数据。

测试表明,模型面对实验室培养的黑色素瘤、结直肠癌、肺癌以及胰腺癌细胞,识别出5100多种蛋白质变化,其中包含各癌症类型特有的蛋白变化。

局限与前景

与其他AI虚拟细胞系统一样,ProteinTalks目前仍只能算一个原型。它的概念验证相当成功,但我们也要清楚,模型的预测尚未经过动物实验以及最终临床试验的检验,距离真正的数字孪生仍很遥远。

正如郭天南等人所言,AI预测有可能指引我们寻得难治性癌症的解药,也有可能只是徒有数据却无生物学意义的空想。

ProteinTalks还有一项重要局限:它未能考虑蛋白质之间的相互作用,以及蛋白质与DNA或其他生物大分子之间的相互作用。要知道,这些短暂相互作用可能受药物干扰,由此引发波及整个细胞的连锁效应。

若能将ProteinTalks模型与基于基因活性数据的AI模型相结合,从而补足更多维度的信息,预测准确度或可进一步提升。

资料来源:


《世界科学》杂志版在售中 欢迎订阅

月刊定价

15元/期

全年订阅价

180元

点击左侧图片或以下方订阅方式选购

方式一:

扫描二维码,“杂志铺”(第三方平台)订阅有折扣~

方式二:

全国各地邮局订阅 邮发代号:4-263

方式三:

机构订阅,请拨打

021-53300839;

021-53300838

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
英国媒体确认了:美国副总统万斯公开表示,特朗普政府将动用冷战时期制定的国防生产法,扩建当地Delek炼油厂,用来压低油价

英国媒体确认了:美国副总统万斯公开表示,特朗普政府将动用冷战时期制定的国防生产法,扩建当地Delek炼油厂,用来压低油价

吉刻新闻
2026-10-14 19:40:09
穆帅:不同意巴尔韦德的看法,罗马的打法跟我们分析的不一样

穆帅:不同意巴尔韦德的看法,罗马的打法跟我们分析的不一样

懂球帝
2026-10-15 05:58:46
真正压死马家军骑兵的,是从东北火速运来的四野重炮

真正压死马家军骑兵的,是从东北火速运来的四野重炮

孤酒老巷QA
2026-10-14 05:56:59
段永平,被一根香蕉揭穿了

段永平,被一根香蕉揭穿了

睿博思
2026-10-13 20:05:05
仅6集,Netflix这部83%犯罪剧把《绝命毒师》挤下去了

仅6集,Netflix这部83%犯罪剧把《绝命毒师》挤下去了

热搜摘要官
2026-10-14 05:08:51
沙特遭袭引发外援离境潮,C罗逆行表忠心:我已属于沙特王国

沙特遭袭引发外援离境潮,C罗逆行表忠心:我已属于沙特王国

星耀国际足坛
2026-10-14 22:09:06
为达州定虚高目标,中纪委批其搞政绩工程,副部级包惠被提起公诉

为达州定虚高目标,中纪委批其搞政绩工程,副部级包惠被提起公诉

丁懰惊悚影视解说
2026-10-14 20:01:00
36岁高龄产子,两年内父母双亡,54岁陶虹老到认不出,她经历了啥

36岁高龄产子,两年内父母双亡,54岁陶虹老到认不出,她经历了啥

轩逸阿II
2026-10-14 19:03:20
人根本就不会长寿!大部分人,活六十、七十,已经是祖坟冒青烟了

人根本就不会长寿!大部分人,活六十、七十,已经是祖坟冒青烟了

牛锅巴小钒
2026-10-13 04:45:27
代号800D,一汽丰田确定引进新一代卡罗拉

代号800D,一汽丰田确定引进新一代卡罗拉

TMC动力
2026-10-14 17:22:44
中国不买了,欧洲这下坐不住了!10月8日,据纽约时报中文网消息,中国正大力推进自力更生,持续布局核心产业、扩大本土产能

中国不买了,欧洲这下坐不住了!10月8日,据纽约时报中文网消息,中国正大力推进自力更生,持续布局核心产业、扩大本土产能

回京历史梦
2026-10-14 10:18:24
邵奇惠同志逝世,中央有关领导同志以不同方式表示哀悼

邵奇惠同志逝世,中央有关领导同志以不同方式表示哀悼

政知新媒体
2026-10-14 16:32:01
成品油调价窗口10月15日开启,油价或每升上调0.1元

成品油调价窗口10月15日开启,油价或每升上调0.1元

南方都市报
2026-10-13 19:45:02
俄罗斯鼠疫,让人提心吊胆

俄罗斯鼠疫,让人提心吊胆

神不隆通
2026-10-14 10:35:16
赖清德称“不许扭曲二战历史” 国台办回应

赖清德称“不许扭曲二战历史” 国台办回应

新京报
2026-10-14 10:27:04
体育总局:本届大冬会,所有运动员都有可能在任何时间、任何地点接受事先无通知的兴奋剂检查

体育总局:本届大冬会,所有运动员都有可能在任何时间、任何地点接受事先无通知的兴奋剂检查

每日经济新闻
2026-10-14 21:18:07
套现走人?64岁周星驰退出内陆市场,和张柏芝关系早已水落石出

套现走人?64岁周星驰退出内陆市场,和张柏芝关系早已水落石出

刘蕳爱下厨
2026-10-13 12:15:41
社评:印式“赢学”在中印边境只会踢到铁板

社评:印式“赢学”在中印边境只会踢到铁板

环球网资讯
2026-10-14 23:33:31
Anthropic惊人预警:小模型已有生命迹象!AI蠕虫恐引爆全球物联网灾难

Anthropic惊人预警:小模型已有生命迹象!AI蠕虫恐引爆全球物联网灾难

新智元
2026-10-13 12:24:23
炸裂!女网红和男子开房,因动作太猛导致女网红腰部骨折,告上法庭索赔50万

炸裂!女网红和男子开房,因动作太猛导致女网红腰部骨折,告上法庭索赔50万

小徐讲八卦
2026-09-17 09:49:48
2026-10-15 09:16:49
世界科学 incentive-icons
世界科学
《世界科学》编辑部运营账号
1971文章数 26964关注度
往期回顾 全部

科技要闻

国行苹果AI被曝12月上线,新Siri仍要等

头条要闻

浙江一处拆迁房急寻继承人 房主已死亡妻子女儿也死亡

头条要闻

浙江一处拆迁房急寻继承人 房主已死亡妻子女儿也死亡

体育要闻

巴萨4比1加拉塔萨雷:亚马尔杀穿地狱

娱乐要闻

胡歌觉得仙剑三很幼稚,忘了来时路?

财经要闻

CPI爆表 美联储本月就会加息?

汽车要闻

风格更豪华/座舱更舒适 全新旅行者7上市 燃油版售12.59万起

态度原创

家居
房产
数码
时尚
军事航空

家居要闻

2026建博会(广州) 公装联探展交流活动

房产要闻

突发!三亚超级万象城改规公示下架!

数码要闻

乔布斯信件加持:仍可运行的Apple I拍出115万美元,成最贵苹果古董电脑

今年秋天一定要拥有的10件单品,时髦又好看!

军事要闻

朝鲜潜射两种导弹

无障碍浏览 进入关怀版