Co je chemoinformatika a jak pomáhá objevovat nové léky?

Věděli jste, že objevení nového léku trvá 10 až 15 let a stojí miliardy dolarů? Množství investovaného času, peněz a úsilí je obrovské, ale to vše se mění díky vědecké disciplíně zvané chemoinformatika.Co to je a jak to pomáhá objevovat nové lékyOdpověď je stejně vzrušující jako složitá a v tomto příspěvku si ji vysvětlíme jednoduchým způsobem.

Co je chemiinformatika? Vzrušující fúze chemie a informatiky

Rozumět Co je chemiinformatika?Představte si, že musíte najít unikátní klíč, kterým se otevírá extrémně složitý zámek. Ale klíč je ukrytý mezi horou deseti miliard různých klíčů. To je ale úkol! Dokážete si představit, kolik času a úsilí by zabralo ruční hledání a vyzkoušení každého klíče jeden po druhém?

Farmaceutický průmysl čelí této monumentální výzvě. Zámek představuje protein způsobující onemocnění a klíč je chemická molekula, kterou by bylo možné přeměnit na lék. Po celá desetiletí... Odborníci použili „manuální“ systémy k nalezení každého nového léku, investujíc skutečně obrovské množství času, peněz a úsilí.

Zpět k analogii, představte si, že nyní máte Inteligentní systém Dokáže okamžitě vyloučit devět z deseti klíčů, které se nehodí. Systém vám také pomůže předpovědět, které klíče mají nejslibnější tvar, shromáždit je a roztřídit do skupin. Skvělé! To je v podstatě kouzlo chemiformatiky.

Co je chemiinformatika? Podle portálu PubMed, „je oblast informačních technologií, která se zaměřuje na sběr, ukládání, analýzu a manipulaci s chemickými daty.“ Tato vědecká disciplína využívá techniky informatiky a datové vědy k řešení složitých problémů v chemiiPrimárně se zaměřuje na objevování léků, ale má uplatnění i v mnoha odvětvích (agrochemikálie, potraviny atd.).

Dva základní pilíře: Data a algoritmy

Abychom pochopili, jak chemiinformatika funguje, musíme si promluvit o jejích dvou základních složkách: chemické údajena jedné straně a na algoritmy a modely, na druhou stranu. Ty druhé se používají ke zpracování chemických dat, a tím k získání užitečných informací, které umožňují optimalizaci vývoje léčiv. K tomu je nejprve nutné digitalizovat všechna data týkající se každé existující chemické sloučeniny.

Takže to všechno začíná tím, digitalizace molekulTy lze digitálně reprezentovat pomocí speciálních formátů (jako jsou soubory SMILES, InChI nebo SDF), kterým počítač rozumí a které dokáže zpracovat. Samozřejmě se nebavíme o jednoduchých kresbách: tyto soubory kódují informace, jako jsou atomy, jejich vazby, jejich trojrozměrná struktura, elektrický náboj, fyzikální vlastnosti atd. To vedlo k existenci gigantických databází, které uchovávají miliony molekul, přírodních i syntetických.

• Jakmile jsou chemické sloučeniny se všemi jejich vlastnostmi převedeny do digitální roviny, je možné na ně aplikovat výpočetní nástroje.
• O tomhle je chemická informatika: aplikace chemických dat statistiky, automatické učení, umělá inteligence, dolování dat a metody rozpoznávání vzorů.
• Všechny tyto algoritmy a modely výrazně urychlují analýzu tak obrovského množství dat, s konečným cílem vývoje léků.

Jak chemická informatika pomáhá objevovat nové léky

V podstatě to, co chemiinformatika dělá, je optimalizovat každou fázi procesu objevování a vývoje lékůStojí za zmínku, že tento proces je dlouhý a složitý cyklus, který může trvat 10 až 15 let a stát miliardy dolarů. Velká část tohoto úsilí se však díky fúzi chemie a informatiky značně zjednodušila. Podívejme se, jak je to možné v raných fázích vývoje léků:

Fáze 1: Objevování a výzkum

Aby vědci mohli vytvořit lék, nejprve zkoumají, co způsobuje onemocnění. V rámci této příčiny... Identifikují biologický cíl nebo záměr (například protein nebo gen), který lze změnit za účelem léčby onemocnění.V tomto bodě chemiinformatika pomáhá zjistit, zda je cíl „léčitelný“, tedy zda má šroub (návrat k původní analogii), ve které zavést llave (molekula) se ji pokusit modifikovat.

Kromě toho pomáhají i techniky zpracování dat identifikovat a vytvořit kandidátní molekuly (svazky klíčů), které by mohly interagovat s cílem. Místo fyzického testování milionů sloučenin, virtuální promítání v obrovských databázích s cílem identifikovat nejlepší kandidáty. Co dříve trvalo dva až čtyři roky, se tak nyní zvládne za mnohem kratší dobu a s menší investicí peněz a úsilí.

Fáze 2: Předklinická fáze

V preklinické fázi se vybírají nejslibnější identifikované sloučeniny a důkladně se studují, aby se vyhodnotila jejich bezpečnost a účinnost. Tyto studie se obvykle provádějí jak in vitro (na buňkách a tkáních) jako in vivo (u zvířat). Ale, Chemoinformatika umožňuje simulaci všech těchto studií v silico, tedy na počítači... a s výsledky velmi podobnými laboratorním testům. To přirozeně šetří zdroje a čas a zabraňuje syntéze stovek zbytečných variant.

Fáze 3: Fáze klinických studií

Pokud jsou preklinická studia úspěšná, sloučenina pokračuje v testování na lidech. Taková sloučenina může být samozřejmě velmi účinná ve zkumavce nebo v digitální simulaci. Pokud ji však lidské tělo neabsorbuje, je toxická nebo ji játra metabolizují příliš rychle, bude se jednat o selhání léku. Proto je před testováním na lidech nutné provést Predikční test vlastností ADMET, který měří adsorpci, distribuci, metabolismus, vylučování a toxicitu sloučeniny v lidském těle.

Naštěstí, Chemicko-informatické modely mohou také spouštět testy predikce vlastností ADMET.To lze provést ještě před testováním sloučeniny na zvířatech, aby se včas vyloučili problematičtí kandidáti. Provádění těchto digitálních simulací opět snižuje počet neúspěšných klinických studií a také potřebu používat testované subjekty (a z toho vyplývající etický dopad).

Závěrem jsme si v hrubých rysech ukázali, co je chemoinformatika a jak pomáhá objevovat nové léky. Škálovatelnost této vědní disciplíny je obrovská., takže se v budoucnu očekávají další a lepší výsledky. Kombinací síly chemie s výpočetní inteligencí se otevírá celý vesmír možností pro rychlejší, přesnější a ekonomičtější léčbu nemocí.