3D slicer MRI图像手动分割。大鼠MRI图像，来源：贾森·吉万纳丹姆
当我初次认识到神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病和肌萎缩侧索硬化症）所带来挑战的规模时，我既感到谦卑又备受激励。这些疾病并非由系统中单一故障引起，而是由一系列故障导致，包括蛋白质错误折叠、突触崩溃、修复机制受损以及血脑屏障药物递送效果不佳。
我在捷克共和国国家心理健康研究所的研究，以及与来自西班牙、英国和美国的合作者共同开展的工作，提出了一个大胆的问题：如果我们结合智能纳米医学、分子成像和人工智能（AI/机器学习）来创造新一代疗法，会怎么样？
在我们最近发表在《分子诊断与治疗》期刊的综述文章中，我们探讨了纳米医学与人工智能在神经退行性疾病治疗中的协同可能性。
纳米医学的重要性
传统药物向大脑递送面临多重障碍，如颅骨和脑膜的生理屏障、血脑屏障（BBB）、小分子快速清除以及脱靶毒性。
纳米医学是在纳米尺度上精密设计的颗粒，通过靶向递送、控制释放和提高生物利用度，为克服这些障碍提供了途径。然而，颗粒工程只是成功的一半。没有实时成像和智能反馈，我们就像在黑暗中射击。
成像与人工智能的介入
这就是分子成像（MRI、PET和对比剂）与机器学习方法相遇的地方。通过整合成像数据和训练AI/ML模型，我们可以监测"纳米药物的去向、有多少到达目标组织以及产生何种生物效应"。
在我们的综述中，我们详细介绍了基于成像的生物标志物和ML算法如何显著帮助优化纳米医学框架，例如选择颗粒大小、包衣、靶向部分和释放动力学。
我的个人历程
在我的实验室中，我记得当我们的一种纳米颗粒配方在体外看起来很有希望，但当它进入动物体内组织时，分布却意外稀疏。我们可以使用成像过程来追踪这一差距。
后来，我们使用AI分析了不同区域的纳米颗粒吸收模式，并相应调整了颗粒结构。正是这种循环——设计→成像→AI驱动反馈→重新设计——定义了以患者为中心的神经退行性疾病治疗的成功跨学科方法。
关键要点
- 多模态靶向：纳米载体必须穿越血脑屏障，到达受影响的神经元并在正确时间释放载荷，其中图像处理有助于验证每个步骤。
- 个性化优化：在患者或动物成像数据集上训练的AI模型可以帮助预测哪种配方在所需的生物环境中效果最佳。
- 现实世界转化：我们强调了对临床级成像数据、能够处理患者异质性的稳健ML流程以及与监管框架一致的制造约束的需求。
- 未来挑战：我们在综述中坦率地讨论了挑战，包括颗粒安全性、长期积累、免疫反应、可扩展制造、共享ML成像数据集和开放标准的需求。
人工智能与纳米医学整合对患者和领域意味着什么
这听起来可能很未来主义，但我相信我们正处于一个新时代的边缘，在这个时代，纳米医学与分子成像和AI相结合，可以从"管理疾病"转变为"改变疾病"。
对于认知能力下降或运动神经元损失的患者来说，这种转变意义重大。正如我在综述中所反思的，我们真正需要的是增强大脑的韧性，而不仅仅是治疗症状。
我们工作的下一步
我的团队正在开发一种名为分子纳米机器人的下一代纳米制剂作为鼻喷剂，以及用于预测神经退行性疾病治疗所需特定剂量的ML算法。
此外，我们还在构建一个AI模型，该模型使用阿尔茨海默病和帕金森病患者队列的成像模式来优化递送参数。同时，我们正在与临床医生合作，定义对监管批准重要的成像终点。
我写这篇对话是因为我希望你们，读者们，无论是研究生、临床医生还是纳米技术专家，都能感受到自己是这一旅程的一部分。
这不仅仅是一篇论文；它是跨学科行动的号召。如果你从事分子图像处理工作，请思考你的数据如何能为纳米颗粒设计提供信息。如果你从事ML工作，请思考你的模型如何优化递送而不仅仅是分类图像。
如果你在纳米医学领域，是时候与成像专家和AI专家合作了。在我们的实验室中，我们目前正在合成新型纳米颗粒，并开发能够从鼠标脑MRI图像中预测最佳纳米药物剂量的AI模型。
我们渴望通过与临床医生、成像专家和纳米颗粒表征技术专家的合作来扩展这项工作。共同努力，我们可以加速将纳米医学和AI转化为有意义的神经治疗。
最后一点思考
有时我会想象这样一个未来：一位早期诊断出神经退行的患者接受纳米药物输注，我们进行MRI检查，将图像输入AI模型，调整下一次剂量，并像调整乐器一样微调治疗。
这听起来可能很理想化，但我们的综述表明，基本构件已经到位。我们只需要在材料科学、成像、AI和临床实践之间建立桥梁，就能使其成为现实。
本文属于Science X Dialog系列，研究人员可以在此报告其已发表研究文章的发现。
更多信息： 贾森·吉万纳丹姆等人，《神经退行性疾病的智能纳米药物：利用分子成像和人工智能赋能新疗法》，《分子诊断与治疗》(2025)。DOI: 10.1007/s40291-025-00813-6
我是贾森·吉万纳丹姆（Jaison Jeevanandam），博士，C.Sci.，MRSB，捷克共和国国家心理健康研究所实验神经生物学部、临床前研究项目MERIT研究员。我的研究重点是为神经系统疾病开发智能纳米载体，整合分子成像、机器学习和转化纳米医学。我致力于通过跨越美国、欧洲、亚洲和澳大利亚的跨学科合作，将纳米医学从实验室推向临床应用。
引用： 纳米医学与人工智能携手攻克神经退行性疾病（2025年10月20日）
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