韓國浦項科技大學化學工程系教授Sangmin Lee與美國華盛頓大學教授、2024年諾貝爾化學獎獲得者David Baker合作，通過使用人工智能模擬病毒的復雜結構，開發了一種創新的治療平臺。相關研究成果12月18日發表于《自然》。
病毒的獨特設計是將遺傳物質封裝在球形蛋白質外殼內，使它們能夠復制和侵入宿主細胞，經常引起疾病。受這些復雜結構的啟發，研究人員一直在探索制造一種可模擬病毒行為的人造蛋白質外殼，即納米籠。這種納米級別的籠狀結構可將用于治療的基因導入靶細胞，實現治療疾病的目的。
然而，現有的納米籠面臨著重大挑戰。它們的小尺寸限制了可以攜帶的遺傳物質的數量，而且簡單的設計無法復制天然病毒蛋白質的多功能性。
為了克服這些局限性，研究團隊采用了人工智能驅動的計算設計。雖然大多數病毒顯示出對稱結構，但它們也具有微妙的不對稱性。研究人員利用人工智能，重現了這些細微的特征，并首次成功設計出四面體、八面體和二十面體形狀的納米籠。
由此產生的納米結構由4種類型的人工蛋白質組成，形成具有6種不同蛋白質-蛋白質界面的復雜結構。其中，直徑達75納米的二十面體納米籠能夠容納的遺傳物質，可達腺相關病毒等傳統基因傳遞載體的3倍。這標志著基因治療的重大進步。
電子顯微鏡觀測結果證實，人工智能設計的納米籠達到了預期的精確對稱結構。實驗進一步證明，納米籠能夠將治療性有效載荷遞送到靶細胞，為實際醫學應用鋪平了道路。
“隨著人工智能的發展，可以根據人類的需要設計和組裝人工蛋白質，從而開啟了新時代。”Lee表示，“我們希望這項研究不僅能夠加速基因療法的開發，并推動下一代疫苗和其他生物醫學創新取得突破。”
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07814-1
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