近年來,納米材料與技術因其在藥物遞送、診斷、成像及疫苗開發等領域的獨特優勢,已被廣泛應用于臨床實踐。諸如金納米粒子、聚合物膠束以及脂質納米粒子等,已獲批用于臨床診斷,或在磁共振成像、癌癥化療及抗病毒疫苗開發等領域展現出巨大潛力。盡管前景廣闊,納米材料合成的耗時性、對納米-生物相互作用理解的不足,以及臨床轉化和商業化過程中的成本控制等問題,成為了制約納米材料與技術進一步發展的瓶頸。
機器學習(Machine Learning, ML),作為人工智能的一個重要分支,專注于構建能夠從數據中學習并自主決策的模型。它涵蓋了監督學習(如邏輯回歸、KNN、隨機森林等)、無監督學習(如k-means、層次聚類等)、半監督學習(如自訓練、協同訓練)以及強化學習(如馬爾可夫決策過程、Q-學習)等多種方法。憑借其在處理耗時任務和結果感知任務上的獨特優勢,ML有望為納米診療劑及其策略的發展開辟了新的途徑。
圖1、論文首頁截圖。
圖2、ML輔助納米材料合成。
圖3、ML輔助理解納米相互作用。
圖4、ML輔助納米診療應用。
本論文既強調了ML輔助納米診療的獨特機遇,也指出了該領域面臨的重大挑戰。盡管我們正處于大數據時代,但納米診療的數據對于ML建模來說仍然相對匱乏,需要投資收集專門的數據集或生成模擬數據。同時,納米診療數據具有復雜性,需要整合多模態和多尺度數據,這可通過多種策略加以克服。此外,ML模型的“黑箱”性質限制了對生物機制和臨床結果的理解,需要開發新的策略來解決這一問題。因此,ML輔助納米治療診斷中最核心、最關鍵的挑戰在于迫切需要大量、可靠且注釋良好的數據來訓練ML模型。在未來,數學、計算機科學、納米技術、材料科學、生物學、化學及臨床醫學等多學科的專家需要攜手合作,以更好地利用人工智能促進納米診療的發展。
原文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41565-024-01753-8
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