La plataforma EVONANO permite a los científicos cultivar tumores virtuales y utilizar inteligencia artificial para optimizar automáticamente el diseño de nanopartículas para tratarlos.

La capacidad de hacer crecer y tratar tumores virtuales es un paso importante hacia el desarrollo de nuevas terapias para el cáncer. En tono rimbombante, los científicos pueden utilizar tumores virtuales para optimizar el diseño de fármacos basados ​​en nanopartículas antes de que se prueben en el laboratorio o en los pacientes.

El papel, "Plataforma computacional evolutiva para el descubrimiento automático de nanoportadores para el tratamiento del cáncer, "se publica hoy en la revista Nature Materiales computacionales. El artículo es el resultado del proyecto europeo EVONANO que involucra a la Dra. Sabine Hauert y al Dr. Namid Stillman de la Universidad de Bristol. y está dirigido por el Dr. Igor Balaz en la Universidad de Novi Sad.

"Las simulaciones nos permiten probar muchos tratamientos, muy rápidamente, y para una gran variedad de tumores. Todavía estamos en las primeras etapas de la creación de tumores virtuales, dada la naturaleza compleja de la enfermedad, pero la esperanza es que incluso estos simples tumores digitales puedan ayudarnos a diseñar nanomedicinas para el cáncer de manera más eficiente, "dijo el Dr. Hauert.

El Dr. Hauert dijo que tener el software para hacer crecer y tratar tumores virtuales podría resultar útil en el desarrollo de tratamientos específicos contra el cáncer.

"En el futuro, la creación de un gemelo digital de un paciente con tumor podría permitir el diseño de nuevos tratamientos de nanopartículas especializados para sus necesidades, sin la necesidad de un extenso ensayo y error o trabajo de laboratorio, que a menudo es costoso y limitado en su capacidad para iterar rápidamente en soluciones adecuadas para pacientes individuales, "dijo el Dr. Hauert.

Los medicamentos a base de nanopartículas tienen el potencial de mejorar la dirección de las células cancerosas. Esto se debe a que las nanopartículas son vehículos diminutos que pueden diseñarse para transportar medicamentos a los tumores. Su diseño cambia su capacidad para moverse en el cuerpo, y apuntar correctamente a las células cancerosas. Un bioingeniero podría por ejemplo, cambiar el tamaño, carga o material de la nanopartícula, recubrir las nanopartículas con moléculas que las hagan fáciles de reconocer por las células cancerosas, o cargarlos con diferentes medicamentos para matar las células cancerosas.

Usando la nueva plataforma EVONANO, el equipo pudo simular tumores simples, y tumores más complejos con células madre cancerosas, que a veces son difíciles de tratar y provocan recaídas en algunos pacientes con cáncer. La estrategia identificó diseños de nanopartículas que se sabía que funcionaban en investigaciones anteriores, así como posibles nuevas estrategias para el diseño de nanopartículas.

Como destaca el Dr. Balaz:"La herramienta que desarrollamos en EVONANO representa una plataforma rica para probar hipótesis sobre la eficacia de las nanopartículas en varios escenarios tumorales. El efecto fisiológico de ajustar los parámetros de las nanopartículas ahora se puede simular con un nivel de detalle casi imposible. lograr experimentalmente ".

El desafío es entonces diseñar la nanopartícula adecuada. Usando una técnica de aprendizaje automático llamada evolución artificial, los investigadores afinan los diseños de nanopartículas hasta que puedan tratar todos los escenarios probados mientras preservan las células sanas para limitar los posibles efectos secundarios.

Dr. Stillman, coautor principal del artículo con el Dr. Balaz, dice que "este fue un gran esfuerzo de equipo que involucró a investigadores computacionales de toda Europa durante los últimos tres años. Creo que esto demuestra el poder de combinar simulaciones por computadora con aprendizaje automático para encontrar formas nuevas y emocionantes de tratar el cáncer".

En el futuro, El equipo tiene como objetivo utilizar una plataforma de este tipo para acercar a los gemelos digitales a la realidad mediante el uso de datos de pacientes individuales para desarrollar versiones virtuales de sus tumores. y luego optimizar los tratamientos adecuados para ellos. En el término más cercano, la plataforma se utilizará para descubrir nuevas estrategias de nanopartículas que se pueden probar en el laboratorio. El software es de código abierto, por lo que también hay esperanzas de que otros investigadores lo utilicen para construir su propia nanomedicina contra el cáncer impulsada por IA.

"Para acercarnos a la práctica clínica, en nuestro trabajo futuro nos centraremos en replicar la heterogeneidad tumoral y la aparición de farmacorresistencia. Creemos que estos son los aspectos más importantes de por qué la terapia del cáncer para tumores sólidos a menudo falla, "dijo el Dr. Balaz.