VR＋化學：化學家用VR可視化藥物分子結構幫助新藥研發

藥物研發公司C4XD開發了一款VR工具——4Sight，能幫助化學家將復雜分子的結構可視化，用以研發與癌癥等疾病相關的新藥。

VR結合醫學早已不是什么新鮮事。從VR心臟模型、VR醫療平臺到模擬手術機器人，VR已經為醫學領域帶來了眾多便利。而最近，科學家們更是利用VR觀察分子結構，以研發各種藥物。

而藥物研發公司C4X Discovery（C4XD）開發了一款VR工具——4Sight，能幫助化學家將復雜分子的結構可視化，即在VR中把微觀結構呈現在眼前，用以研發與癌癥、慢性成癮等疾病相關的新藥。

VR使藥物“看得見、摸得著”

在虛擬世界中，科學家能夠近距離地親眼觀察他們設計的藥物結構，而且可以用手觸碰懸浮在他們面前的虛擬分子，跟分子結構親密“互動”，以查看更多細節。

C4XD的生物化學家正在利用VR技術，研發治療呼吸系統疾病以及帕金森等相關疾病的藥物。

通過使用公司的專有數據庫，C4XD與制藥企業Invidior合作研發一款成癮治療藥物。這個數據庫非常詳盡，記錄了每種藥物分子的詳細信息，如分子的不同形態。

C4XD的藥物化學家Thorsten Nowak表示：“使用4Sight觀察分子結構具有突破性意義。分子成了我眼前世界的一部分，我能在空中操縱它們，就像比較兩個橘子和兩個蘋果，這種感覺太奇妙了”。

這個VR平臺使藥物發現“看得見、摸得著”。

Nowak說，化學家往往需要去觀察所研究的事物，但由于人類視野的界限性，其想象力也受到了限制，因為他們不能將分子以非常精細的程度呈現在眼前。

過去，化學家們會使用塑料的“球棍”模型來代表藥物，但這些模型都是靜態的。現在，依靠VR技術，他們能看到動態的分子呈現在眼前，以及分子結構的變化情況。

“看電視的時候，你能看見所有的畫面，但卻永遠不可能身處其中，”Nowak說，“而VR使分子結構逼真的呈現在眼前，仿佛它們是你身邊的物體一樣。”

C4XD的生物醫學團隊正在深入研究VR技術。通過VR，科學家們能獲得關于分子的更多信息。因此，他們開始嘗試在VR中建模，以便可以看到分子的結構，且精度超過二維模型。C4XD希望借此研發出更好的藥物。

分子與受體蛋白質如同“鎖”和“鑰匙”

分子的結構一直在變。在藥物研發的過程中，化學家們尋找的是擁有“合適結構”的分子，即擁有合適的分子形態、包含與治療疾病相關的物質。這意味著它不僅更有可能與所涉及的蛋白質（比如管理食欲的食欲素受體）相結合，而且副作用最少。

雖然分子的結構一直在變，但有些分子比其他分子在更多的時候擁有更適合與其他分子結合的形態，而化學家們要找的就是這樣的分子。

C4XD首席科學官克Craig Fox用“鎖和鑰匙”來比喻這種情況：“你的體內有一把鎖，也就是被藥物瞄準的蛋白質，即靶向蛋白質。而藥物，也就是所謂的‘鑰匙’。”

化學家試圖找到最好的鑰匙，與那種蛋白質相結合。于是，這需要其弄清楚那種蛋白質的結構，看看“已知的鑰匙”是否能夠成功地與之結合，并產生療效。然后，通過無數次的嘗試，尋找到合適的藥物。

VR使藥物研發過程變得更為有趣

通過分析眾多分子模型，化學家可以設想在一個理想的世界中，什么樣的分子能成為最好的“鑰匙”，更有效地治療疾病，副作用更少。就食欲素而言，我們希望找到一種能節制食欲但不會導致失眠的藥物。

這是個試錯的過程（從早期的迭代到最終的藥物實驗），以尋找最適合的分子。

C4XD表示：通過他們的VR工具，再結合其采集的關于每種分子及其結構的詳細信息，可以縮小他們在藥物發現過程中的誤差范圍，也就是在藥物進行人體試驗之前的實驗階段盡可能地減少誤差。

4Sight首席開發人員Philip Muwanga曾在Ninjar Studios和Pixelbomb Games做過游戲設計，后來轉行化學研究領域。

為選中的分子建好模型后，科學家可以操控與藥物分子相結合的分子受體。在VR中，受體以圓球形式排列，而藥物分子的結構呈細長形態。化學家可以放大受體，把分子映射到受體的結構上進行比較，以找到合適的分子。

另外，4Sight開發團隊正在努力使藥物研究的過程不再索然無味，比如，為分子建模過程添加聲效（比如泡泡音和咔嗒聲）以讓分子變得更為‘生動可愛’。