Wat is chemo-informatika en hoe help dit met die ontdekking van nuwe geneesmiddels?

Het jy geweet dat die ontdekking van 'n nuwe middel tussen 10 en 15 jaar neem en miljarde dollars kos? Die hoeveelheid tyd, geld en moeite wat belê word, is enorm, maar dit verander alles danksy 'n wetenskaplike dissipline bekend as chemoinformatika.Wat dit is en hoe dit help om nuwe medisyne te ontdekDie antwoord is so opwindend soos dit kompleks is, en in hierdie plasing sal ons dit op 'n eenvoudige manier verduidelik.

Wat is cheminformatika? Die opwindende samesmelting van chemie en rekenaarwetenskap

Om te verstaan Wat is cheminformatika?Stel jou voor jy moet 'n unieke sleutel vind wat 'n uiters komplekse slot oopmaak. Maar die sleutel is versteek tussen 'n berg van tien miljard verskillende sleutels. Wat 'n taak! Kan jy jou voorstel hoeveel tyd en moeite dit sou neem om elke sleutel handmatig te soek en een vir een te probeer?

Wel, die farmaseutiese industrie staan ​​voor hierdie monumentale uitdaging. Die slot verteenwoordig 'n siekteveroorsakende proteïen, en die sleutel is 'n chemiese molekule wat in 'n geneesmiddel omgeskakel kan word. Vir dekades, Kenners het 'handmatige' stelsels gebruik om elke nuwe middel te vind, 'n werklik enorme hoeveelheid tyd, geld en moeite belê.

Om terug te keer na die analogie, verbeel jou dat jy nou 'n intelligente stelsel Dit kan nege uit tien sleutels wat nie pas nie, onmiddellik uitskakel. Die stelsel help jou ook om te voorspel watter sleutels die mees belowende vorm het, hulle te versamel en in trosse te sorteer. Wonderlik! Dis in wese die towerkrag van Cheminformatika.

Wat is cheminformatika? Volgens die portaal PubMed, 'is 'n veld van inligtingstegnologie wat fokus op die insameling, berging, analise en manipulasie van chemiese data.' Hierdie wetenskaplike dissipline. gebruik rekenaarwetenskap- en datawetenskaptegnieke om komplekse probleme in chemie op te losDit is hoofsaaklik gefokus op geneesmiddelontdekking, maar het ook toepassings in verskeie sektore (landbouchemikalieë, voedsel, ens.).

Twee fundamentele pilare: Data en Algoritmes

Om te verstaan ​​hoe cheminformatika werk, moet ons oor die twee noodsaaklike komponente daarvan praat: chemiese data, aan die een kant, en die algoritmes en modelle, aan die ander kant. Laasgenoemde word gebruik om chemiese data te verwerk en sodoende nuttige inligting te verkry wat die optimalisering van geneesmiddelontwikkeling moontlik maak. Om dit te doen, is dit eers nodig om al die data wat verband hou met elke bestaande chemiese verbinding te digitaliseer.

So dit begin alles met die digitalisering van molekulesHierdie kan digitaal voorgestel word deur spesiale formate (soos SMILES-, InChI- of SDF-lêers) te gebruik wat 'n rekenaar kan verstaan ​​en verwerk. Natuurlik praat ons nie van eenvoudige tekeninge nie: hierdie lêers kodeer inligting soos atome, hul bindings, hul driedimensionele struktuur, elektriese lading, fisiese eienskappe, ens. Dit het gelei tot die bestaan ​​van reuse-databasisse wat miljoene molekules, beide natuurlik en sinteties, stoor.

• Sodra die chemiese verbindings, met al hul eienskappe, na die digitale vlak gebring is, is dit moontlik om berekeningsinstrumente daarop toe te pas.
• Dit is waaroor cheminformatika gaan: die toepassing van chemiese data statistieke, die masjienleer, kunsmatige intelligensie, data-ontginning en patroonherkenningsmetodes.
• Al hierdie algoritmes en modelle versnel die ontleding van so 'n enorme hoeveelheid data aansienlik, met die uiteindelike doel om medisyne te ontwikkel.

Hoe cheminformatika help om nuwe medisyne te ontdek

Basies, wat cheminformatika doen, is optimaliseer elke stadium van die proses van geneesmiddelontdekking en -ontwikkelingDit is die moeite werd om daarop te let dat hierdie proses 'n lang en komplekse siklus is wat 10 tot 15 jaar kan duur en miljarde dollars kan kos. Maar baie van hierdie poging is aansienlik vereenvoudig danksy die samesmelting van chemie en rekenaarwetenskap. Kom ons kyk hoe dit moontlik is gedurende die vroeë stadiums van geneesmiddelontwikkeling:

Fase 1: Ontdekking en Navorsing

Om 'n middel te skep, is die eerste ding wat wetenskaplikes doen om te ondersoek wat 'n siekte veroorsaak. Binne daardie oorsaak, Hulle identifiseer 'n biologiese teiken of doelwit (soos 'n proteïen of geen) wat verander kan word om die siekte te behandel.Op hierdie stadium help cheminformatika om te weet of 'n teiken "drugbaar" is, dit wil sê of dit 'n ... het. bout (terugkeer na die aanvanklike analogie) waarin 'n bekendgestel word sleutel (molekule) om dit te probeer wysig.

Daarbenewens help dataverwerkingstegnieke ook om identifiseer en skep kandidaatmolekules (bondels sleutels) wat met die teiken kan interaksie hê. In plaas daarvan om miljoene verbindings fisies te toets, 'n virtuele sifting in massiewe databasisse om die beste kandidate te identifiseer. Dus, wat voorheen twee tot vier jaar geneem het, word nou in baie minder tyd en met 'n kleiner belegging van geld en moeite bereik.

Stadium 2: Prekliniese fase

In die prekliniese fase word die mees belowende verbindings wat geïdentifiseer is, geneem en noukeurig bestudeer om hul veiligheid en doeltreffendheid te evalueer. Hierdie studies word tipies beide uitgevoer in vitro (op selle en weefsels) soos in vivo (by diere). Maar, Chemoinformatika laat toe dat al hierdie studies gesimuleer word in siliko, dit wil sê, op 'n rekenaar, en met resultate baie soortgelyk aan laboratoriumtoetse. Dit bespaar natuurlik hulpbronne en tyd, en vermy die sintetisering van honderde nuttelose variante.

Fase 3: Kliniese proeffases

Indien prekliniese studies suksesvol is, gaan die verbinding voort na menslike toetsing. Natuurlik kan so 'n verbinding baie potent wees in 'n proefbuis of in 'n digitale simulasie. Maar as die menslike liggaam dit nie absorbeer nie, dit toksies is, of die lewer dit te vinnig metaboliseer, sal dit 'n geneesmiddelmislukking wees. Daarom is dit nodig om 'n ... uit te voer voordat daar op mense getoets word. ADMET Eienskappe Voorspellingstoets, wat Adsorpsie, Verspreiding, Metabolisme, Uitskeiding en Toksisiteit meet van die verbinding in die menslike liggaam.

Gelukkig, Cheminformatika-modelle kan ook ADMET-eienskapvoorspellingstoetse uitvoerDit kan gedoen word selfs voordat die verbinding op diere getoets word, om problematiese kandidate vroegtydig uit te sluit. Weereens verminder die uitvoering van hierdie digitale simulasies die aantal mislukte kliniese proewe, sowel as die behoefte om proefpersone te gebruik (en die gevolglike etiese impak).

Ten slotte het ons in breë trekke gesien wat chemo-informatika is en hoe dit help om nuwe geneesmiddels te ontdek. Die skaalbaarheid van hierdie wetenskaplike dissipline is enorm., dus word meer en beter resultate in die toekoms verwag. Deur die krag van chemie met berekeningsintelligensie te kombineer, word 'n hele heelal van moontlikhede oopgemaak vir die behandeling van siektes vinniger, akkuraater en meer ekonomies.