寻找治疗难以触及的癌症的方法

某些化学物质，仅仅被可见光激活，就有杀死癌细胞的能力。

这种被称为光动力疗法的疗法已经存在了几十年。与化疗等治疗方法相比，它的局限性更强，损伤更小。

但是光动力疗法只能应用于那些可以被光照射到的小肿瘤——皮肤、食道、结肠。

现在，东北大学的化学助理教授史蒂文·洛佩兹(Steven Lopez)正在研究如何将这种疗法推广到更广泛的癌症领域。为了实现这一目标，他正在运用量子力学和人工智能技术，寻找对红光或近红外光有反应的潜在光动力疗法药物。红光或近红外光可以更深入地穿透人体组织。

“可见光只能穿透几毫米进入你的组织，”洛佩兹说。“我们正在寻找新的药物，可以吸收低能量的光来治疗更大的肿瘤和那些目前无法进入身体的区域。”

洛佩斯和他的团队正在与Kebotix合作。Kebotix是马萨诸塞州剑桥市的一家初创公司，专门利用他们的人工智能实验室发现和生产新的电子材料。通过这次合作，研究人员希望加快光动力疗法新药的发现，以几乎消除副作用，并朝着有效治疗脑癌的方向迈进。

光动力疗法使用吸收可见光或近红外光的药物。但是有太多的潜在分子无法通过实验室实验来检验每一种可能的候选药物。

研究人员正在训练机器学习算法来识别候选光动力疗法药物的分子模式。照片由Matthew Modoono/东北大学拍摄

洛佩斯说:“想象一下地球上所有的沙粒——这个数字估计在1018颗左右。“研究人员估计，有机分子的数量要比这个数字高几个数量级。”

为了解决这个问题，研究人员正在使用计算和机器学习算法来缩小可能性。洛佩兹最近从马萨诸塞州生命科学中心获得了75万美元的拨款，用于为他的团队提供所需的计算能力。Kebotix将聘请一名数据科学家参与这个项目，他们将在波士顿和剑桥之间分配时间。

“与从事材料科学前沿研究的杰出科学家合作，可以让Kebotix更快地解决难度大得多的问题，”该公司首席科学官塞米恩·赛金(Semion Saikin)说。“我们与东北大学的合作旨在发现新的分子，可以在光动力疗法中改变游戏规则。”

为了符合这一要求，这些分子在它们的基本状态下不会是有害或有毒的——它们需要被注射到人体内而不伤害健康细胞。但一旦它们在癌细胞中积累并受到红光或近红外光的照射，吸收的能量就会转移到附近的氧分子中。这种能量转移反应将氧分子推入一种叫做单线态氧的激发态。

“单线态氧是剧毒的，”洛佩兹说。“它是短暂的，与肿瘤细胞中的几乎所有物质都发生反应，然后让肿瘤细胞死亡。”

因为单线态氧是如此短暂，它没有机会扩散和杀死肿瘤外的细胞。它很快就会回到一种不那么兴奋、毒性更小的状态。

洛佩兹最近发布了一个开放存取的数据库，VERDE materials DB，它对吸收光的分子及其性质进行了分类。研究人员将利用这些数据集训练机器学习算法来识别候选光动力疗法药物的分子模式，这将大大加快搜索速度。

洛佩兹说:“我们将能够在不到一秒钟的时间内做出预测，而不是做这些相对耗时昂贵的计算，并使用大量高性能计算。”

Kebotix将在他们的实验室中创造出最好的候选药物，这样这些潜在的药物就可以进行测试。如果研究人员找到了正确的方法，他们或许能够在不伤害病人健康细胞的前提下，研制出治疗难以触及肿瘤所需的药物。

洛佩兹说:“我们的梦想是用非侵入性治疗取代化疗，治愈脑癌。”“MLSC和Kebotix正为实现这一目标提供机会。”

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