肯内索州立大学X实验室的助理教授Chloe Yixin Xie与计算机科学专业大二学生Johaan Kathilankal Jis，正在利用先进的计算建模和药物发现模拟技术，致力于对抗阿尔茨海默病及相关痴呆症（ADRD）。
X实验室隶属于计算机与软件工程学院（CCSE），它结合了人工智能、健康信息学以及分子动力学模拟技术，以更好地理解ADRD的发展机制并寻找阻止其进展的方法。该实验室的研究重点是可视化疾病相关蛋白的行为，以及潜在药物在原子层面如何与这些蛋白相互作用。
“阿尔茨海默病是一个全球性问题，目前的治疗和诊断手段非常有限，”Xie表示。“我们正在使用计算方法，以加快药物发现的速度，同时大幅降低成本。”
这些方法包括分子动力学（MD）模拟，这是一种模拟蛋白质和分子随时间运动和相互作用的技术。Kathilankal Jis负责设置和分析这些模拟，使用了如NAMD2和ChimeraX等专用工具。
“MD模拟让我们能够观察蛋白质对潜在药物的反应，”Kathilankal Jis表示，他通过肯内索州立大学的夏季本科生研究计划加入实验室。“如果我们能在实验前预测这些相互作用，就能节省时间和资金，并帮助引导更有效的治疗方案。”
为了运行这些模拟，团队依赖于德克萨斯高级计算中心的超级计算机以及由美国国家科学基金会（NSF）ACCESS计划支持的DeltaGPU系统。此前，他们曾使用实验室计算机和大学系统，但常常面临漫长的等待时间和有限的处理能力。现在，借助扩展的资源，他们可以在极短的时间内完成模拟。
“这个项目体现了跨学科研究的力量，也展示了计算技术在推动医疗进步中的关键作用，”计算机与软件工程学院代理院长Yiming Ji表示。“我为Xie博士、Johaan以及整个X实验室团队在创新、协作和改变人类生活方面所做出的努力感到自豪。”
除了模拟工作，Kathilankal Jis还在撰写一篇研究论文，对与阿尔茨海默病相关的数据库进行分类和分析。他的目标是帮助新研究人员更容易地获取用于遗传学、影像学和临床研究的关键数据集。
“有很多有价值的数据，但它们是分散的，”他说。“我们正在整理这些数据，以便其他研究人员可以利用它们推动阿尔茨海默病的研究。”
Xie表示，Kathilankal Jis的热情和投入使这项研究产生了深远影响。
“技术技能可以被教授，但热情无法被传授，”她说。“Kathilankal Jis最初是新生学者项目的一员，后来成为VIP学生，现在他已经成为一名研究助理，并已在多个国际会议上发表演讲。”
他们的研究弥合了计算建模与临床应用之间的鸿沟。尽管模拟能够生成详细的可视化结果，但要说服医生和临床医生信任这些模型仍是一个挑战，尤其是在人工智能仍在不断发展的背景下。为了解决这个问题，团队正在与临床医生和实验室研究人员合作，以验证他们的发现，并使基于AI的方法更具可解释性和可信度。
“验证是至关重要的，”Xie强调。“我们希望我们的模型对最需要它们的人——医生、患者和护理人员——真正有用。”
展望未来，该团队相信他们的工作可以促进更精确的药物开发、更早的检测工具以及跨学科研究人员之间的更强协作。他们还希望将计算方法扩展到研究其他重大疾病，如乳腺癌和心血管疾病。
“计算建模之所以强大，是因为它具有适应性，”Xie说。“我们为阿尔茨海默病所做的工作可以应用于许多其他疾病。这只是一个开始。”
摄影：Matt Yung
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