概要 - 不確実性下での堅牢最適化を通じてのパーソナライズド薬剤の計算的デザイン

不確実性下での堅牢最適化を通じてのパーソナライズド薬剤の計算的デザイン

2025-07-22 11:20:51

{"Rabia Altunay","Jarkko Suuronen","Eero Immonen","Lassi Roininen","Jari Hämäläinen"}

{cs.CE}

この論文は、不確実性のある環境下での堅牢最適化を使用して個別化薬剤の設計に新たなアプローチを提案しています。著者たちは、目標放出プロファイルを達成するための最適な薬剤構成を決定する計算的逆設計手法を提案しています。この手法は、目標放出プロファイルに基づいて薬剤構成を最適化するトポロジー最適化を使用し、薬剤材料パラメータと最終薬剤の形状を考慮しています。逆設計手法は、ランダムな薬剤材料パラメータを考慮する堅牢トポロジー最適化で補完されており、溶出モデルの不確実性を伝播するために確率低次元法（SROM）が使用されています。これにより、より正確で信頼性の高い設計が得られます。 ### 要点： * **個別化薬剤設計**: この方法は、個々の患者の特定のニーズと特徴を考慮して薬剤を設計することを目指しています。 * **逆設計**: この方法は、目標放出プロファイルから始まり、そのプロファイルを達成するための最適な薬剤構成を決定します。 * **トポロジー最適化**: この方法は、材料特性や形状などの要因を考慮して薬剤構成を最適化するためにトポロジー最適化を使用します。 * **堅牢最適化**: この方法は、薬剤材料パラメータや製造プロセスの不確実性を考慮するために堅牢最適化を取り入れています。 * **確率低次元法**: SROMが溶出モデルの不確実性を伝播するために使用され、より正確で信頼性の高い設計が得られます。 ### 方法論： 1. **目標放出プロファイルの定義**: 薬剤の意図される治療効果に基づいて、望ましい放出プロファイルを定義します。 2. **薬剤放出のモデル化**: Noyes-Whitneyモデルを使用して、溶解速度や表面積などの要因を考慮して薬剤放出をモデル化します。 3. **薬剤構成の最適化**: 目標放出プロファイルと材料特性を考慮して、トポロジー最適化を使用して薬剤構成を最適化します。 4. **不確実性の考慮**: 薬剤材料パラメータや製造プロセスの不確実性を考慮するために、堅牢トポロジー最適化を使用します。 5. **不確実性の伝播**: SROMを使用して溶解モデルの不確実性を伝播し、より正確で信頼性の高い設計が得られます。 ### 应用： 提案された方法は、以下のような様々な放出プロファイルを持つ薬剤の設計に適用できます： * **線形放出プロファイル**: 時間が経つにつれて恒常的な放出率を持つ薬剤。 * **パルサー放出プロファイル**: 時間が経つにつれて放出率が変動する薬剤（日周リズムに従う治療条件に使用されるものなど）。 * **持続放出プロファイル**: 活性成分が長期間にわたって放出される薬剤。 ### 結論： 提案された方法は、最適化された放出プロファイルを持つ個別化薬剤の設計に新たなアプローチを提供します。堅牢最適化と不確実性の量測を取り入れることで、設計の正確性と信頼性が確保され、患者の治療効果が向上します。