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虚拟现实新用途为何要关注蛋白质

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来源: 作者: 2019-04-18 13:40:23

虚拟现实头显尚未成为主流,但已能从许多方面改变我们的生活,如看电影、玩游戏、看待世界的角度乃至是科研。

现在纽约的WeillCornell医学院的研究员开始利用这项科技了解致癌基因突变。他们开发了一个新项目,让用户通过OculusRift头显,可以看到并和微观蛋白质进行互动。新项目名为InstituteofPrecisionMedicineVR,简称IPMVR。这个项目可以让研究者快速判断致癌基因突变的位置和原因。目的是帮助全国的临床医生更好理解基因突变,以便能快速找出最好的医治方案。

我认为5年或10年后,每位临床医生都将配有1台。荣幸的是,我们得以亲身体验IPMVR,并向开发人员了解更多详情。以下是我们的收获。

为何要关注蛋白质?

想要搞清楚IPMVR如何帮助医生对抗癌症,先要明白癌症是如何在人体形成的。这一切可追溯到DNA。蛋白质是人体和一切生物的重要组成部分。

每一个人都会产生基因突变。有些是遗传因素造成的,有些是受环境因素影响,如抽烟、晒太阳等;有些则伴随着新细胞形成而产生。这些都是良性的,但突变的错误组合有时会致使某个器官或区域的细胞失控,最后抑制身体的正常运作。这些失控就会造成各种癌症。

DNA水平的变异无关紧要。只有当基因转录,生成蛋白质时,才会产生突变。肿瘤通常包括了约1000组基因突变,但只有部分基因突变会引发癌症,并蔓延全身。想要找到致癌基因无异于大海捞针。但如果医生能够找到突变的细胞,让健康细胞正常工作的话,将有利于病人的康复。这属于精确医学领域。

在WeillCornell医学院MeyerCancerCenter部门工作的精确医学专家OlivierElemento说:如果只看蛋白质,基因突变就很明显。DNA水平的变异无关紧要。只有当基因转录,生成蛋白质时,才会发生突变。这是突变就值得重视了。

Elemento表示蛋白质的结构是三维的,但总是以平面的情势出现。如果医生没法看到三维的蛋白质,他们就没法理解突变的作用。但医生想要判断新的突变是否引发癌症时,他们会检查突变产生的位置是不是处于癌症高发地带。专注于基因突变意味着在诊断同一类型癌症中常常出现误判。

Elemento说:在一个维度中,如果突变出现在多发地带,显然这个值得关注。由于蛋白质可折叠,从二维角度来看较远的距离,在三维角度看却有可能相反,也许离多发地带非常近。

听起来可能区别不大,但对病人来讲意义重大。由于医生可以判断致癌的突变,然后有针对性地下药。毫不夸大地说,这决定了病人的生死。

利用虚拟现实技术查找致癌突变

WeillCornell医学院的科学家利用OculusRift早期开发者版本和软件平台开发了IPMVR,使研究员和医生能够沉醉式地检查病人特有的基因变异。

OculusRift配有运动传感器,可以检测视点方向。但IPMVR还需依赖外设相机追踪身体和手部的动作。

在研究员编列病人肿瘤的基因后,软件会把所有的变异映照到研究员下载的蛋白质数据库中特定的蛋白质上,这个数据库是3D蛋白质模型档案库。

医生戴上头显后,可以把视点停留在变异多发区或有问题的变异,通过手势定位到蛋白质模型上。医生还可拉出病人的二维电子病历了解更多的信息,如癌症的类型或病人的病史。

在短暂试用后,我发现这确实是一款让人印象深入的软件。这是我第一次体验OculusVR,我很笨拙地穿过虚拟世界中漂浮的蛋白质。但我的同事DaveGershgorn,因为有过几次虚拟现实体验,很快就上手了。他轻轻松松地就移动到变异多发区。

如果并非我天资愚钝,医生们也需要一段时间才能适应IPMVR和OculusRift。WeillCornellMedicine计算生物医学研究助理AlexandrosSigaras表示软件还在调试当中,以便更好满足医生的需求。虽然许多研究员致力于精确医学的多个方面,但Sigaras和Elemento表示IPMVR是目前唯一能将病人的信息整合至虚拟现实的方式。

虚拟现实将怎样成为医疗行业的颠覆者

Sigaras表示现在这项技术主要用于研究,但Cornell团队希望能尽快应用于临床医学。他说:使用Oculus并非为了淘汰电脑,只是用于加强医生辨认从其他方式难以得到的信息的能力。

他的目标是让复杂的基因变异和蛋白质模型变得更加直观,这样临床医生就无需特地学习一款软件。同时,临床医生可以利用头显进行全面的协作,不同学科的专家可以在了解情况后进行个案讨论。

理想情况下,Sigaras希望软件能包含所有病人的信息,以便临床医生可以不受干扰不受电脑技术限制进行分析。这对精确医学来讲尤为重要,由于大量的基因和健康状况数据会干扰医生寻找最好的医治方案。

当然,大多数医生还不会具有虚拟现实头衔。但Sigaras、Elemento及其团队相信这个平台很快普及。Elemento说:Oculus装备普及的速度会很快。

他表示即便OculusRift消费者版售价为599美元,还需配套高端PC运行,但相对于其他的医疗设备,价格并不算贵。他相信随着愈来愈多的竞争对手进军虚拟现实,价格还将会下落

Elemento补充道:在5年或10年内,虚拟现实头显将成为临床医生的标配。他希望这款软件可以成为先行者,让医生群体被虚拟现实所吸引。

Sigaras表示想要达成令临床医生更高效工作的目标,必须令医生从精确医学软件中获益。他们正探讨医生想在虚拟现实中查看哪一类的信息,哪些信息他们更喜欢在电脑或纸上浏览。

OculusRift头显只是团队为达成目标选用的载具,与平台本身无关。Sigaras也在其他虚拟现实和增强现实平台上测试过这款软件,包括谷歌眼镜和移动端头显GoogleCardboard。他也打算在微软的HoloLens上试用这款软件。

最后,Sigaras和Elemento最关心的是如何让临床医生更快速更直观得取得信息。Sigaras说:真正的问题是:为何令临床医生更高效工作?我们希望临床医生能在短时间内浏览大量的信息。通常说来,抗癌实则是在与时间赛跑。如果虚拟现实工具能帮助临床医生更快肯定医治方案,病人也会从中受益。

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