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微软开源生物模型分析器 利用计算机科学加速癌症研究和治疗突破

2017-02-08 10:08:45 编辑 删除

归档在 技术和产品 | 浏览 1 次 | 评论 0 条

丹棱君有话说:世卫组织本周新公布的数据表明,全球癌症死亡人数占总死亡人数的近六分之一。每年有1400多万新发癌症病例,预计到2030年这一数字将增加到2100多万。推进加强癌症早期诊断和为所有人提供基本治疗,并非只是医学界探索的重要命题。近日,微软在GitHub上开源了生物模型分析器(Bio Model Analyzer),将能够帮助生物学家利用计算机科学加速癌症研究和治疗突破。

生物模型分析器是微软利用计算机科学加速癌症研究和治疗突破的研究项目之一,可以帮助生物学家加速有关药物间相互作用和抗药性等领域的研究,并可能最终为患者提供更为个性化和有效的癌症治疗方案。

微软英国剑桥研究院编程原理与工具研究组资深研究员、剑桥大学生物化学系副教授Jasmin Fisher表示,我们并不能寄望于彻底治愈癌症,但是希望能控制它。一旦你能够管理并知道如何控制它,它就不再是个问题。她相信,在她有生之年可以达成这一目标。

为了理解癌症,Fisher和她的团队把计算方法引入癌症研究,她就像计算机科学家看待计算机程序一样看待癌症研究。她的目标是了解让细胞执行命令或以特定方式行动的程序或指令集。

当然,这虽然听上去很简单,实际却很复杂。

生物模型分析器,这个基于云的工具让生物学家可以对细胞之间的互动和通信以及它们的连接进行建模。通过创建一个计算机化的模型,对比健康细胞的生物流程与生病后的异常流程。这反过来让科学家可以看到导致癌症的人体中数百万基因和蛋白质之间的互动,并快速制定最好、危害最小的方式为患者提供个性化治疗。


JasminFisher

Fisher项目团队的成员、英国剑桥皇家社会大学研究员Ben Hall说: “我使用生物模型分析器研究癌症,了解癌症的形成过程。”Hall说,“生物模型分析器有很多用途,包括如何及早检测癌症并了解如何更好地治疗癌症,通过建模找出哪些药品最有效以及癌症在什么时候会产生抗药性。”

假设一名患者得了一种罕见并且致命的脑癌。使用生物模型分析器,医生可以把有关该患者的所有生物信息输入该系统。然后,他们可以使用该系统进行各种实验,例如对比癌症患者与健康人的信息,或模拟患者的身体对各种治疗方法的反应。使用笔和纸,甚至简单的计算机程序进行这种计算是不可能的,因为人体中互相配合的数百万分子、蛋白质和基因存在太多的变量。为了开发Fisher预想的这种解决方案,研究人员需要开发强大的计算模型,并运行所有可能的解决方案以寻找异常情况。

由于使用计算机而不是纸和笔或试管和烧杯进行这些实验,研究人员可以快速地测试更多的可能性。Jonathan Dry是制药公司AstraZeneca的首席科学家,他的团队与Fisher的团队合作。他表示:“这会加速研究进程,因为我们能够检验比在实验室中多得多的可能性。”Dry说。由于过去检验任何假设都极为困难,研究人员不得不只专注于某个假设,并凭经验猜测最大的可能性。而生物模型分析器让他们可以尝试所有想法,使得他们更有可能找到正确的方法——并且有可能制定更为科学的治疗方案。

改进和个性化癌症治疗

微软和AstraZeneca一直在使用生物模型分析器来更好地了解药品在白血病患者体内的相互作用和抗药性。借助生物模型分析器,两个研究团队能够更好地了解不同的患者为什么对特定治疗方法有着不同的反应。Dry说,生物模型分析器对于更加个性化的癌症治疗或精准医疗来说有着巨大的潜力。研究人员希望类似生物模型分析器这样的系统最终可以让研究人员和肿瘤医生详细了解具体的癌症病情,在检验时纳入可能影响治疗的其他因素,例如患者是否有其它疾病以及患者吃的其它药是否会与治疗癌症的药产生反应。“这真正正视了每个患者都是不同的,可能存在很大的不同这一现实。”Dry表示。

对于生物学家来说有用的计算机系统

Fisher认为,生物模型分析器这样的系统有望革命性地改变人们对癌症的看法,但只有生物学家愿意使用它们才能取得成功。生物模型分析器的开发工程师David Benque说,该系统在开发时就考虑到尽可能让生物学家感到熟悉并且可以理解。Benque多年来一直在使用生物学家可以理解的语言来开发工具,在视觉上模拟科学家在实验室中可能用到的东西。在Fisher看来,这样的系统迫切需要方便生物学家的使用。否则,就不会在治疗癌症方面实现突破。Fisher说:“我们正努力变革生物学日常研究的方式。”

GitHub链接:

https://github.com/Microsoft/BioModelAnalyzer(请将网址复制至浏览器中打开或直接点击阅读原文

BMA官网:http://biomodelanalyzer.org/

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