上海科学家利用人工智能技术模拟细胞外囊泡，打造精准医疗“数字先知”

科学家可以像程序员一样编辑细胞之间的对话吗？人工智能与细胞外囊泡（EV）的跨界融合正在让这一想法成为现实。今天，上海交通大学医学院苏家灿教授团队在生物材料领域国际领先期刊《生物活性材料》上发表综述文章，首次提出“人工智能虚拟细胞外囊泡”的前沿概念，旨在利用计算机演练生命过程，加速科学发现，推动个性化医疗和精准治疗的发展，打造生物医学精准化的“数字先知”。细胞外囊泡是几乎所有细胞都分泌的具有膜结构的小囊泡，其大小从几十纳米到几微米不等。它们是细胞间通讯的重要载体，广泛存在于血液、唾液等体液中a、尿液和脑脊液。细胞外囊泡的研究可以揭示生命本质、辅助疾病诊断和治疗、开发新的生物药物，有望在生物医学、精准医疗等领域产生颠覆性创新。关于AIVEV的综述文章发表在《生物活性材料》封面上。苏家灿表示，细胞外囊泡的常规研究面临着异质性强、实验周期长、机制不明确等诸多障碍。为了克服这些瓶颈，他带领团队提出了“人工智能虚拟细胞外囊泡”（AIVEV）。它是基于人工智能技术的数字模型，可以在计算机中模拟真实细胞外囊泡的产生、组成和功能。简而言之，AIVEV 是电动汽车的“数字双胞胎”，它可以预测、模拟电动汽车的行为和功能。编辑甚至设计。 AIVEV可以通过“基于知识的白盒模型”和“数据驱动的黑盒模型”的双轨，构建可解释和预测的数字模型，大大提高研究的效率和准确性，形成“知识+数据”双驱动的混合智能模型。 AIVEV作为前沿交叉技术的代表，从多个维度推进了细胞外囊泡重建的研究和应用范式。基于虚拟细胞状态智能预测 EV 可以容纳的蛋白质、RNA、脂质和其他分子的组成的能力加速了疾病标记物的发现。通过构建完全链接的数字“EV供体细胞-受体细胞”模型，我们可以通过计算模拟生理和病理条件下细胞间的通讯相互作用，并揭示异常的信号传导机制。在这方面，AIVEV可以高效地检测高度特异性和灵敏的l跨特定病理模型的液体活检标记物，有助于早期诊断和准确分类。在治疗领域，还可以预测设计的EV的靶向能力和载药效率，指导科研人员合理设计下一代智能囊泡药物，显着缩短药物研发周期，降低试错成本。总之，AIVEV将成为连接数字生物学和临床转化的重要桥梁，以其预测、模拟、诊断和设计四合一能力推进数字生物学和临床转化。 “人工智能虚拟细胞外囊泡”发表在《生物活性材料》杂志上。该审查文件概述了 AIVEV 未来发展的战略计划。未来三年，科研团队将重点打造基础发动机。本质上，挑战在于建立标准化的数据框架和模型，开发原型整合人工智能和生物物理原理的混合模型，并建立一套公共基准，为技术可靠性和可解释性奠定基础。未来三年，我们计划进入转化验证阶段，重点开发针对肿瘤、神经退行性疾病等特定场景的AIVEV模块，开启“干实验预测-湿实验验证”的迭代闭环流程，探索新的疾病机制，同时验证治疗效果。四年来，我们将AIVEV打造成可直接支持诊疗的临床决策支持系统、开放共享的治疗设计云平台，并助力基于虚拟模型的数字生物标志物审批，实现了从“数字孪生”到“临床利器”的跨越。实现深度临床整合，目标是这条从“技术可靠”到“生物学可靠”的进化路径从“elevant”到“临床可用”，标志着系统人工智能在生物科学研发核心和临床前沿的转变。该研究由国家自然科学基金委资助，目前，研究团队的科研工作致力于推动“人工智能细胞外囊泡虚拟平台”的建设。未来，人工智能驱动的虚拟细胞外囊泡有望加速细胞外囊泡研究，实现精准设计、预测疗效和个性化应用，为疾病诊疗带来颠覆性变革 原标题：《上海科学家利用人工智能技术模拟细胞外囊泡，打造精准医疗‘数字先知’》 专栏编辑：黄海华 本文作者：解放日报于陶然。
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