布里斯托尔大学的研究人员率先使用虚拟现实作为工具来设计下一代药物疗法

布里斯托尔大学的研究人员率先使用虚拟现实(VR)作为工具来设计下一代药物疗法。

这一发现发表在《PLOS One》期刊上，描述了研究人员如何利用VR在分子水平上理解常见药物的作用。

很多药物都是小分子，新药的发现涉及到发现与蛋白质等生物靶标结合的分子。

在这项研究中，用户可以在VR(iMD-VR)中使用交互式分子动力学模拟，使用VR“踏入”蛋白质并对其进行操作，并将药物的细节与原子结合起来。

使用这种iMD-VR方法，研究人员可以将药物分子“塞进”蛋白质中，并准确预测药物的组合。在研究体系中，有治疗流感和艾滋病病毒的药物。

这项研究的共同领导者、来自布里斯托尔大学计算化学中心的阿德里安穆兰(Adrian Mulland)教授说：“许多药物通过与蛋白质结合并阻止它们发挥作用来发挥作用。例如，药物可以通过与特定的病毒蛋白结合来防止病毒复制。

为了很好地结合，小分子药物需要附着在蛋白质上。药物发现的一个重要环节是找出与特定蛋白质紧密结合的小分子，了解使其紧密结合的原因，有助于设计更好的药物。

“为了设计新的疗法，研究人员需要了解药物分子如何适应它们的生物靶标。为此，我们用VR将它们表现为完全三维的物体。然后，用户可以将药物放入蛋白质结合位点的“锁眼”中，并了解它们是如何结合的。”

在这项研究中，用户的任务是将药物与蛋白质靶点结合，如流感神经氨酸酶和艾滋病毒蛋白酶。

测试表明，用户可以正确预测药物将如何与他们的蛋白质目标相结合。通过将药物拉入蛋白质，他们可以构建与实验中发现的药物化合物非常相似的结构。

即使非专家也能有效地将药物与蛋白质相匹配。这表明，交互式虚拟现实可以用来准确预测新的潜在药物将如何与其靶点结合。

研究表明，即使对于非专家来说，虚拟现实也可以有效地用于基于结构的药物设计。它使用现成的VR设备和开源软件框架，任何人都可以使用。

Mulholland教授补充道：“这项工作的一个重要方面是，药物及其蛋白质靶标具有完全的灵活性：我们对它们的结构变化和动力学进行建模，用户可以交互式地操纵它们，以发现药物如何与它们的生物靶标相互作用。这是一种非常令人兴奋和强大的模拟药物组合的方法。我们已经在这项工作中表明，它可以提供准确的结果。这些工具将有助于新药的设计和开发。”

英国皇家学会化学学院和布里斯托计算机科学系的高级研究员大卫格洛瓦契基博士说：“我们的结果表明，从模拟的时间尺度上解除和重新绑定蛋白质靶是可能的，这比非交互分子动力学引擎观察到的类似事件的时间尺度短得多。

“同样需要注意的是，iMD-VR生成的完整解绑定和重绑定事件，是用户在不到五分钟的时间内实时实现的。

“在使用微量原子的非专家用户的情况下，当向所有参与者展示正确的姿势时，他们可以建立对接姿势。这个姿态足够接近初始结构，所以科学上认为是对接。

“在没有任何微量原子的情况下，可以理解为组合姿态变化更多，但用户仍然可以在所有三个系统的可接受组合位置的相同范围内。这些结果是通过对每个参与者进行一个小时的训练得到的，证明了虚拟现实框架的可用性。”