Компьютерное моделирование в медицине
Компьютерное моделирование (КМ) - это создание модели, отличной от реальной, но приближенной к ней, с помощью компьютерной техники и программного обеспечения.
Эта технология нашла широкое применение для изучения сложных систем и предположительной оценки их поведения. Зачастую проведение таких оценочных экспериментов в реальной жизни либо требует больших финансовых затрат, либо опасно для жизни людей, а результаты могут быть непредсказуемыми. Также компьютерное моделирование позволяет решить важную задачу выявления факторов, влияющих на свойства системы. Это достигается модификацией начальных ее параметров и исследования отклика модели.
Процесс компьютерного моделирования проводится в 2 этапа: первым является создание качественной модели, то есть наделение модели, как можно большим количеством свойств и параметров, присущих изучаемому объекту. Второй этап заключается в создании количественной модели.
Компьютерное моделирование нашло активное применение во многих отраслях жизни человека: политике и военном деле, транспорте, промышленности, экологии, финансах, медицине. К примеру, прогнозирование погоды и климата, конструирование транспортных средств, имитация краш-тестов, прогнозирование цен на финансовых рынках, моделирование роботов, а также театра военных действий в современном мире происходит именно с помощью компьютерного моделирования. А непосредственно в медицине оно помогает успешно решать такие задачи, как моделирование результатов пластических операций, моделирование эпидемий и пандемий, дизайн лекарственных средств, моделирование анатомических структур и виртуальное моделирование операций.
|
|
|
Но как же это происходит? Например, для того, чтобы смоделировать результат пластической операции или анатомические структуры, сперва необходимо получить 2D-снимки и затем произвести 3D- реконструкцию с помощью компьютерной техники. Для этого активно используются следующие методы лучевой диагностики: мультиспиральная компьютерная томография (МСКТ) с контрастированием, магнитно-резонансная томография (МРТ), рентгеновская КТ.
Особенно важное значение имеет применение компьютерного моделирования в фармации. Современный дизайн лекарственных средств (или драг дизайн) невозможно себе представить без первичной разработки на компьютерах. Разберемся с этим подробнее.
Суть лекарства — то есть, то, что помогает человеку выздороветь — заключается в активном веществе. Вкупе с разнообразными химическими добавками оно может стать, например, удобной для проглатывания таблеткой. Говоря о лекарствах далее, мы будем иметь в виду их активные вещества. Чаще всего мишенями для лекарств являются белки, которые участвуют в определенном каскаде химических реакций и вносят большой вклад в развитие болезни. Но белки - большие по размеру молекулы, поэтому мало просто определить белок-мишень, важно найти на нем определенное место, которые называется активным центром. Только при взаимодействии с этим конкретным участком правильно подобранное лекарство приведет к желаемому результату - улучшению самочувствия или выздоровлению.
|
|
|
В среднем на разработку одного лекарства тратится от 1 до 2,5 млрд долларов и около 10–15 лет. Если мы уже знаем белок-мишень и тем более его активный сайт, то для первичного отбора молекул — кандидатов в лекарства можно провести компьютерный виртуальный скрининг или высокопроизводительный экспериментальный скрининг. Последнее значительно дороже, поэтому первично чаще используют именно компьютерный виртуальный скрининг. Он подразумевает под собой применение молекулярного докинга («стыковки»). Его суть заключается в моделировании взаимного расположения малой исследуемой молекулы и белка- мишени. С помощью специальной функции, приближенно описывающей энергию взаимодействия малой молекулы с белком-мишенью, программа докинга ранжирует исследуемые вещества. Используя ее результаты, можно выкинуть из дальнейшего рассмотрения вещества с плохими значениями функции взаимодействия относительно некоторого пограничного значения. Так как мы проверим соединения на этапе виртуального скрининга, в экспериментальную проверку попадет уже «обогащенный» набор соединений, то есть тех, что с большей вероятностью будут иметь лекарственную активность.
Таким образом, рациональный дизайн лекарств начинается с компьютера.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 4401; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!