В кремниевой медицине
In silico медицина (также известная как « вычислительная медицина ») — это применение исследований in silico для решения проблем, связанных со здоровьем и медициной. Это прямое использование компьютерного моделирования для диагностики, лечения или профилактики заболеваний . В частности, медицина in silico характеризуется моделированием , симуляцией и визуализацией биологических и медицинских процессов на компьютерах с целью моделирования реальных биологических процессов в виртуальной среде. [1]
История
[ редактировать ]Термин in silico был впервые использован в 1989 году на семинаре «Клеточные автоматы: теория и приложения» математиком из Национального автономного университета Мексики (UNAM). [2] Термин «кремниевая радиационная онкология» , предшественник дженерика in silico медицины, был придуман и впервые введен Г. Стаматакосом в трудах IEEE в 2002 году. [3] Тот же исследователь придумал и ввел более общий термин в кремниевой онкологии . [4] In silico медицина считается продолжением предыдущей работы с использованием математических моделей биологических систем. [4] Стало очевидно, что методы, используемые для моделирования биологических систем, полезны для объяснения и прогнозирования динамики в области медицины. Первыми областями медицины, которые стали использовать моделирование in silico , были генетика, физиология и биохимия. В этой области наблюдался резкий приток данных, когда в 1980-х и 1990-х годах было секвенировано геном человека. Одновременно увеличение доступной вычислительной мощности позволило моделировать сложные системы, которые ранее были непрактичны. [5]
Обоснование
[ редактировать ]Существует множество причин, по которым in silico используется медицина . Например, медицинское моделирование in silico может позволить заранее предсказать успех соединения в медицинских целях и выявить потенциальные побочные эффекты на ранних этапах процесса открытия лекарства . [6] Моделирование in silico также может стать гуманной альтернативой испытаниям на животных. [2] Одна из компаний в этой области заявила, что компьютерные модели сделают использование испытаний на живых организмах устаревшим. [7]
Примеры
[ редактировать ]Термин «силиконовая медицина» иллюстрируется такими инициативами, как « Виртуальный физиологический человек» Европейской комиссии. [8] и в таких институтах, как Институт VPH и Институт INSIGNEO при Университете Шеффилда.
Группа онкологии In Silico (ISOG) [9] Национальный технический институт Афин (ICCS-NTUA) в Институте связи и компьютерных систем стремится разработать клинически ориентированные и ориентированные многомасштабные симуляционные модели злокачественных опухолей (рака), которые будут использоваться в качестве систем поддержки индивидуальных решений для пациентов и планирования лечения после завершения клиническая адаптация и валидация. Дополнительной целью исследований Группы является моделирование онкологических клинических испытаний, которые в противном случае были бы слишком дорогостоящими или трудоемкими, и в этом направлении грид-вычислений были использованы инфраструктуры , такие как Европейская грид-инфраструктура , для повышения производительности и эффективности моделирования. . [10] ISOG возглавила разработку первого технологически интегрированного онкосимулятора — совместного евро-японского исследовательского предприятия. [11]
В 2003 году была разработана первая вакцина, основанная исключительно на геномной информации. Методика разработки вакцины, получившая название «обратная вакцинология», использовала для разработки вакцины геномную информацию, а не сами инфекционные бактерии. [12]
В декабре 2018 года стартовал четырехлетний проект PRIMAGE. Этот проект Horizon 2020, финансируемый ЕС, предлагает облачную платформу для поддержки принятия решений в клиническом лечении злокачественных солидных опухолей, предлагая прогностические инструменты для помощи в диагностике, прогнозировании, выборе терапии и последующем лечении на основе использования новых биомаркеров визуализации. , моделирование роста опухоли in silico, расширенная визуализация прогнозов со взвешенными показателями достоверности и преобразование этих знаний на основе машинного обучения в предикторы для наиболее релевантных, специфичных для заболевания клинических конечных точек. [13] [14]
В 2020 году прошла первая медицинская конференция CADFEM по теме in vivo, in vitro, in silico с ведущей темой: «Центральная роль in silico медицины – что она может сделать и что нам нужно для ее практики». [15]
Исследовать
[ редактировать ]Поскольку моделирование человеческих, социальных, поведенческих и культурных характеристик поведения пациентов (HSBC) становится все более сложным, появляются предположения, что виртуальные пациенты могут заменить пациентов-актеров в учебной программе медицинских школ. Кроме того, реализуются проекты, в которых используются виртуальные трупы — компьютерные модели анатомии человека, основанные на компьютерных изображениях реальных людей. [16]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Истории успеха проекта: медицина In silico доходит до клиники» . Европейская комиссия КОРДИС . Проверено 9 ноября 2017 г.
- ^ Jump up to: а б «Методы In Silico | ОРКЕСТР» . Архивировано из оригинала 13 апреля 2014 г. Проверено 10 апреля 2014 г.
- ^ Г.Стаматакос; Д.Дионисиу; Э.Захараки; Н.Муравлянский; К.Никита; Н.Узуноглу (2002). «Инкремниевая радиационная онкология: сочетание новых алгоритмов моделирования с современными методами визуализации» . Труды IEEE . 90 (11): 1764–1777. дои : 10.1109/JPROC.2002.804685 .
- ^ Jump up to: а б Стаматакос, Георгиос (2006). «В центре внимания информатика рака» . Информатика рака (2): 83–86. дои : 10.1177/117693510600200029 . ПМЦ 2675506 . ПМИД 19458760 .
- ^ Шнайдер, Мария Виктория (2013). В кремниевой системной биологии . Методы молекулярной биологии. Том. 1021. Методы молекулярной биологии. стр. Глава 1. doi : 10.1007/978-1-62703-450-0 . ISBN 978-1-62703-449-4 . S2CID 3690704 .
- ^ Ахмет, Ахмет; Шон, Экинс; Сандхья, Кортагере (8 января 2012 г.). «Применение и ограничения моделей In Silico при открытии лекарств» . Биоинформатика и открытие лекарств . 910 : 87–124. дои : 10.1007/978-1-61779-965-5_6 .
- ^ «Улучшение благополучия животных: исследователи разрабатывают компьютерные модели, которые заменят тестирование на животных» . 4 октября 2013 г. Архивировано из оригинала 4 марта 2016 г.
- ^ «Седьмая рамочная программа (FP7)» . Европейская комиссия FP7 . Проверено 10 мая 2013 г.
- ^ «In Silico Oncology и In Silico Medicine Group» . in-silico-oncology.iccs.ntua.gr . 10 апреля 2014 г. Архивировано из оригинала 15 октября 2018 г.
- ^ Афанаилей, Феодор; и др. (2011). «Использование сеточных технологий для моделирования клинических испытаний: парадигма радиационной онкологии in silico». МОДЕЛИРОВАНИЕ: Труды Международного общества моделирования и моделирования . 87 (10). Публикации Сейджа: 893–910. дои : 10.1177/0037549710375437 . S2CID 206429690 .
- ^ Г. Стаматакос; Д. Дионисиу; А. Лунцер; Р. Беллеман; Э. Колокотрони; Э. Георгиади; М. Эрдт; Дж. Пукацкий; С. Рюпинг; С. Гиатили; А. д'Онофрио; С. Сфакианакис; К. Мариас; К. Десмедт; М. Цикнакис; Н. Граф (2014). «Технологически интегрированный онкосимулятор: сочетание многомасштабного моделирования рака с информационными технологиями в контексте онкологии in silico» . Журнал IEEE по биомедицинской и медицинской информатике . 18 (3): 840–854. дои : 10.1109/JBHI.2013.2284276 .
- ^ Николлс, Генри (2008). «Инкремниевая вакцина» . Природная биотехнология . 26 (6): 597. doi : 10.1038/nbt0608-597b . S2CID 32402661 .
- ^ "Фон" .
- ^ Марти-Бонмати, Луис; и др. (2020). «Проект PRIMAGE: прогнозирующая многомасштабная аналитика in silico для поддержки персонализированной оценки рака у детей с использованием визуализирующих биомаркеров» . Европейская экспериментальная радиология . 4 (1): 22. дои : 10.1186/s41747-020-00150-9 . ПМЦ 7125275 . ПМИД 32246291 .
- ^ «Медицинская конференция CADFEM» . Conference.cadfem-medical.com . Проверено 28 сентября 2021 г.
- ^ Соколовски, Джон А., Бэнкс, Кэтрин М. Моделирование и симуляция в медицине и науках о здоровье. Хукен: Уайли, 2011 г.