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Lang Rao; Yuan Yuan; Xi Shen et al. · 2024 · Nature Nanotechnology

Metadata

Authors: Lang Rao; Yuan Yuan; Xi Shen; Guocan Yu; Xiaoyuan Chen

DOI: 10.1038/s41565-024-01753-8

Tags: #neural-network #causal-inference #cell-signaling

📄 Quick Note

摘要概述

本文是一篇关于机器学习(ML)辅助纳米诊疗(nanotheranostics)的综述,系统梳理了 ML 在纳米药物全生命周期中的应用进展与挑战。作者指出,传统诊断与治疗的固有局限推动了纳米诊疗的发展,但该领域仍受制于纳米颗粒合成耗时、纳米-生物相互作用理解不足、以及化学制造与临床转化的控制难题。综述从 ML 指导纳米颗粒制备(无机/有机纳米颗粒)、解码纳米-生物相互作用、预测纳米治疗结局与优化药物选择/剂量三个层面展开,涵盖神经网络、随机森林、支持向量机等模型在合成优化、光谱预测与疗效预测中的具体案例。作者强调,当前 ML 在药物发现与病理检查中已有广泛采用,但在药物递送、组织工程与纳米治疗中的实施仍较为稀少,并呼吁建立可靠数据集与先进 ML 模型以推动下一代纳米诊疗的临床转化。

关键图表

  • Fig. 1:ML 在纳米诊疗中的三类核心应用场景——(a) 纳米颗粒合成优化、(b) 纳米-生物相互作用解码、(c) 纳米药物治疗结局预测与药物选择/剂量优化。
  • Fig. 2:ML 在纳米诊疗不同子领域(药物发现、病理检查、药物递送、组织工程、纳米治疗)的采用成熟度对比,凸显药物递送与纳米治疗领域的增长空间。
  • Fig. 3:无机纳米颗粒合成中吸收光谱与光学/等离子体性质(尺寸、形貌、组成、多分散性)的关联,用于 NN 辅助反应条件-产物性质建模。

与我的关联

该综述对"ML 如何加速材料合成与生物交互建模"提供了系统性框架,其中反应条件-产物性质的 NN 建模思路与本研究方向中参数-响应映射的代理模型构建方法可相互借鉴。纳米-生物相互作用的数据驱动解码思路,对涉及多尺度生物系统建模与因果推断的工作具有方法论参考价值。