[发明专利]对用于复杂系统的优化的输入参数组合的快速识别

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年1月17日提交的美国临时申请序列号61/753,842的权益，所述申请的公开内容全部以引用方式并入本文。

关于联邦政府资助研究或开发的声明

本发明是在政府的支持下根据国家科学基金会(National Science Foundation)授予的资助号0751621进行的。政府享有本发明中的某些权利。

发明领域

本公开总体涉及对用于复杂系统的优化输入参数的识别，并且更具体地，涉及对用于复杂系统的优化的输入参数组合的识别。

背景

复杂系统(如细胞、动物、人、以及其它生物、化学和物理系统)的行为常常由一组内部和外部控制参数来调节。例如，癌细胞可由于在多个信号传导途径处发生故障而异常地增殖。为了控制此类复杂系统，控制参数的组合常常是合乎期望的。

具体地，以人类免疫缺陷病毒(HIV)的情况为例，HIV患者的死亡率不断增加直到1995年应用了药物组合。死亡率在2年内减少了约2/3，并且之后保持在低水平。虽然药物组合可为有效的，但开发用于临床试验的优化药物组合可极具挑战性。原因之一是：在体外有效的药物组合并不总是表明相同的药物-剂量组合在体内将是有效的。传统上，当药物组合在体外被成功验证时，可通过保持相同的剂量比或通过调整药物施用以实现与在体外获得的血液药物水平相同的血液药物水平来在体内应用所述组合。这种方法可能会遭遇吸收、分布、代谢和排泄(ADME)问题。ADME描述了药类化合物在有机体内的分布，并且ADME的四个特性可影响药物水平、动力学以及因此药物组合的功效。由ADME导致的从细胞系到动物的不连续性造成有效识别用于临床试验的优化药物组合的主要阻碍。

正是在这种背景下，需要开发本文描述的组合优化技术。

概述

在一个实施方案中，一种组合优化的方法包括：(1)通过应用选自一组输入参数的不同输入参数组合来进行复杂系统的多次测试；(2)通过使用多维拟合来将测试结果拟合到复杂系统的模型中；以及(3)使用复杂系统的模型，识别产生复杂系统的所期望响应的至少一种优化的输入参数组合。

在另一个实施方案中，一种组合药物优化的方法包括：(1)通过应用选自一组药物的不同药物剂量组合来进行多次体内或体外测试；(2)将测试结果拟合到药物功效的多维响应面中；以及(3)使用所述响应面，识别产生所期望药物功效的至少一种优化的药物剂量组合。

在又一个实施方案中，一种组合优化的方法包括：(1)提供复杂系统的模型，所述模型将复杂系统的响应表示为N个输入参数的低阶函数；以及(2)使用复杂系统的模型，识别产生复杂系统的所期望响应的多个优化的N个输入参数的子组合。

还考虑本公开的其它方面和实施方案。前面的概述和下面的详述不是为了将本公开限于任何特定的实施方案，而只是为了描述本公开的一些实施方案。

附图简述

为了更好地理解本公开的一些实施方案的本质和目的，应当参考以下结合附图的详细描述。

图1和图2示出根据本公开实施方案的针对叠加在实验数据上的药物组合的模型化单纯疱疹病毒1(HSV-1)响应面的实例。

图3和图4示出根据本公开实施方案的针对叠加在实验数据上的药物组合的模型化肺癌响应面的实例。

图5示出根据本公开实施方案的针对一个输入参数进行3次测试以识别优化剂量的实例。

图6示出根据本公开实施方案进行实施的处理单元。

详述

综述

本公开的实施方案涉及识别用于复杂系统的优化的输入参数组合。有利地，本公开的实施方案避开了在优化复杂系统时遇到的若干主要技术障碍，如与劳动力、成本、风险、可靠性、功效、副作用以及毒性有关的技术障碍。本公开的一些实施方案的优化目标可以是减少劳动力、降低成本、减少风险、增加可靠性、增加功效、减少副作用以及减少毒性等等中的任何一个或任何组合。在一些实施方案中，使用利用优化的药物组合(或组合药物)和相应的剂量来治疗生物系统的疾病的具体实例来说明本公开的某些方面。生物系统可包括，例如，单个细胞、细胞集合(如细胞培养或细胞系)、器官、组织或多细胞有机体(如动物、单个人类患者或一群人类患者)。生物系统还可包括，例如，如神经系统、免疫系统或心血管系统的多组织系统。