药物的开发周期可能需要数年和数百万美元，但是通过建模和模拟，此过程可能会变得更快，更具成本效益。认识到这些好处，美国食品药品监督管理局（FDA）等组织和世界各地的学术药品计划都在采用建模和模拟。继续阅读以了解如何并查看一些建模示例。
认识到FDA中模拟的好处
2017年，23路FDA专员Scott Gottlieb在监管事务专业协会上发表了演讲。在本演讲中，他详细介绍了药物开发的一个主要问题：成本。
“药物开发的成本正在巨大增长，以及新药物的成本。我们现在需要做些事情，以使整个过程的成本降低，更高效。”
- 斯科特·戈特利布（Scott Gottlieb），2017年监管事务专业社会演讲
斯科特·戈特利布（Scott Gottlieb）向国家新闻俱乐部发表演讲。获得许可CC BY-SA 4.0， 通过Flickr Creative Commons。
Gottlieb在讲话中说，评估临床信息始于使用更高级的计算工具，包括广泛的建模和仿真。使用这些工具，开发人员可以获取否则难以或无法获得的数据体内试验。
建模和仿真对药物开发人员特别有用，因为它使他们能够：
- 确定剂量安全性和功效
- 为普通人群选择最佳剂量
- 估计试验的适当样本量
- 评估端点的可靠性
因此，建模和模拟变得越来越普遍，尤其是在某些子字段中。
“在新分子实体的所有新药物应用中，几乎100％具有建模和模拟的组成部分。”
- 斯科特·戈特利布（Scott Gottlieb），2017年监管事务专业社会演讲
成本降低和提高新药开发的效率不仅可以帮助制药组织在该行业中保持领先地位，而且还可以使新的救生药物更快地推向市场。
教室中的药品建模
为了在药物开发中使用建模和模拟，生物工程师必须首先学习如何实际使用这些方法。这正是助理教授罗伯托·A·阿比亚蒂（Roberto A. Abbiati）在俄克拉荷马大学教授的。他的班级是大学药学院与定量系统药理学研究所之间建立合作伙伴关系的结果。这种创新的班级为药学科学专业的学生提供了建模方法的概述，并教他们如何在其药物研究工作的背景下使用建模和仿真。
俄克拉荷马大学的药房学生学习如何建立隔间模型和多尺度模型。多尺度模型比隔室模型更复杂，但是可以更复杂，并且可以处理从整个人体到单个分子等尺寸尺度。
为了强调药物研究中建模和仿真的重要性和实用性，Abbiati教授还对药物如何与硬肿瘤相互作用进行了自己的研究。
“我正在使用comsol®来了解肿瘤的物理结构以及如何成为药物输送的障碍。
- Roberto A. Abbiati，comsol新闻2019
药物经常在血液中传播，并在到达目的地之前具有多种物理障碍。通过他的努力，Abbiati和他的团队能够确定药物可以到达肿瘤的距离，以及在任何给定时间的药物都位于肿瘤内。
使用ComsolMultiphysics®的药物建模
ComsolMultiphysics®软件及其附加模块包含用于建模各种药物过程和设备的功能。让我们讨论许多示例中的一些……
从Biomatrix释放药物
用于药物释放的生物材料矩阵对体内组织再生。工程师可以使用comsol多物理学模拟从生物材料基质中释放药物通过神经向导传递的细胞组织受损。这里显示的模型研究了控制药物释放速率的各种设计参数，例如：
- 药物对生物材料的亲和力
- 生物材料降解
- 生物材料基质的几何形状和组成的影响
一个动画，显示了整个建模域中药物浓度的浓度。
血浆中DNA的降解
基因疗法使用人体自身的蛋白质生产机制来产生蛋白质体内。然而，基因治疗的主要挑战涉及将质粒DNA转运到靶位点并在不同形式之间转化。使用化学建模，药物工程师可以找到涉及的反应的速率常数DNA降解过程。
在实验数据中读取并将其与仿真结果进行比较而产生的图。
肿瘤的电化学治疗
在肿瘤的电化学处理中，通过使用插入肿瘤中的金属电极来处理患病的组织。当组织电解时，在阳极处进行了两次竞争反应：
- 氧气进化
- 氯产量
开发这种癌症治疗方法的一个挑战是预测肿瘤破坏所需的剂量。这电化学模型此处显示的可用于开发剂量规范方法。
3600 s治疗后，表面图显示了肿瘤周围的pH值。坏死开始在pH = 2左右发生。
药物输送系统
这里显示的模型描述了药物输送系统提供水溶性药物的可变浓度。在模拟中，固定体积和速度的液滴向下行驶毛细管。毛细血管壁的一部分是由可渗透的膜组成的，该膜将毛细管的内部与药物的浓缩溶液分开，该溶液在其通过时溶于水滴中。通过改变液滴速度，可以调整药物的最终浓度。
3D结果显示水溶性药物的浓度。
这些只是如何在药品开发领域使用建模和仿真的四个示例，但还有更多。通过使用模拟使药物开发更加有效和成本效益，药物工程师可以继续开发创新的治疗方法。
进一步的资源
- 阅读Scott Gottlieb的完整FDA演讲
- 了解有关Abbiati教授的更多信息使用仿真教药理学学生
- 查看其他与制药行业有关的教程模型
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