Kio estas kemoinformadiko kaj kiel ĝi helpas malkovri novajn medikamentojn?

Ĉu vi sciis, ke malkovri novan medikamenton daŭras inter 10 kaj 15 jarojn kaj kostas miliardojn da dolaroj? La kvanto da tempo, mono kaj peno investitaj estas grandega, sed tio ĉio ŝanĝiĝas danke al scienca fako konata kiel kemoinformatiko.Kio ĝi estas kaj kiel ĝi helpas malkovri novajn medikamentojnLa respondo estas tiel ekscita kiel kompleksa, kaj en ĉi tiu afiŝo ni klarigos ĝin simple.

Kio estas kemiinformatiko? La ekscita kunfandiĝo de kemio kaj komputiko

Kompreni Kio estas kemiinformatiko?Imagu, ke vi devas trovi unikan ŝlosilon, kiu malfermas ekstreme kompleksan seruron. Sed la ŝlosilo estas kaŝita inter monto de dek miliardoj da malsamaj ŝlosiloj. Kia tasko! Ĉu vi povas imagi, kiom da tempo kaj peno necesus por permane serĉi kaj provi ĉiun ŝlosilon unu post la alia?

Nu, la farmacia industrio alfrontas ĉi tiun monumentan defion. La seruro reprezentas malsan-kaŭzantan proteinon, kaj la ŝlosilo estas kemia molekulo, kiu povus esti konvertita en medikamenton. Dum jardekoj, Fakuloj uzis 'manajn' sistemojn por trovi ĉiun novan drogon, investante vere grandegan kvanton da tempo, mono kaj peno.

Revenante al la analogeco, imagu, ke vi nun havas inteligenta sistemo Ĝi kapablas tuj ekskludi naŭ el dek ŝlosiloj, kiuj ne taŭgas. La sistemo ankaŭ helpas vin antaŭdiri, kiuj ŝlosiloj havas la plej promesplenan formon, kolekti ilin kaj ordigi ilin en faskojn. Bonege! Tio estas, esence, la magio de kemiinformatiko.

Kio estas kemiinformatiko? Laŭ la portalo PubMed, 'estas kampo de informa teknologio, kiu fokusiĝas al la kolektado, stokado, analizo kaj manipulado de kemiaj datumoj.' Ĉi tiu scienca disciplino uzas komputikajn kaj datumsciencajn teknikojn por solvi kompleksajn problemojn en kemioĜi ĉefe fokusiĝas al la malkovro de medikamentoj, sed ankaŭ havas aplikojn en pluraj sektoroj (agrokemiaĵoj, nutraĵoj, ktp.).

Du fundamentaj kolonoj: Datumoj kaj Algoritmoj

Por kompreni kiel kemiinformadiko funkcias, ni devas paroli pri ĝiaj du esencaj komponantoj: kemiaj datumoj, unuflanke, kaj la algoritmoj kaj modeloj, aliflanke. Ĉi-lastaj estas uzataj por prilabori kemiajn datumojn kaj tiel akiri utilajn informojn, kiuj ebligas optimumigon de la disvolviĝo de medikamentoj. Por fari tion, unue necesas ciferecigi ĉiujn datumojn rilatajn al ĉiu ekzistanta kemia kombinaĵo.

Do ĉio komenciĝas per la ciferecigo de molekulojTiuj povas esti reprezentitaj ciferece per specialaj formatoj (kiel ekzemple SMILES, InChI, aŭ SDF-dosieroj), kiujn komputilo povas kompreni kaj prilabori. Kompreneble, ni ne parolas pri simplaj desegnaĵoj: tiuj dosieroj ĉifras informojn kiel atomojn, iliajn ligojn, ilian tridimensian strukturon, elektran ŝargon, fizikajn ecojn, ktp. Tio rezultigis la ekziston de gigantaj datumbazoj, kiuj stokas milionojn da molekuloj, kaj naturaj kaj sintezaj.

• Post kiam la kemiaj kombinaĵoj, kun ĉiuj iliaj karakterizaĵoj, estas alportitaj al la cifereca ebeno, eblas apliki komputilajn ilojn al ili.
• Jen pri kio temas kemiinformatiko: apliki kemiajn datumojn statistikoj, la maŝinlernado, artefarita inteligenteco, datenminado kaj padronrekonaj metodoj.
• Ĉiuj ĉi tiuj algoritmoj kaj modeloj multe rapidigas la analizon de tia grandega kvanto da datumoj, kun la finfina celo disvolvi medikamentojn.

Kiel kemiinformatiko helpas malkovri novajn medikamentojn

Esence, kemiinformadiko faras tion optimumigi ĉiun etapon de la procezo de malkovro kaj disvolviĝo de medikamentojIndas rimarki, ke ĉi tiu procezo estas longa kaj kompleksa ciklo, kiu povas daŭri 10 ĝis 15 jarojn kaj kosti miliardojn da dolaroj. Sed granda parto de ĉi tiu peno estis multe simpligita danke al la kunfandiĝo de kemio kaj komputiko. Ni rigardu kiel tio eblas dum la fruaj stadioj de medikamentevoluigo:

Etapo 1: Malkovro kaj Esploro

Por krei medikamenton, la unua afero, kiun sciencistoj faras, estas esplori kio kaŭzas malsanon. Ene de tiu kaŭzo, Ili identigas biologian celon aŭ objektivon (kiel ekzemple proteinon aŭ genon), kiu povas esti ŝanĝita por trakti la malsanon.. Ĉe ĉi tiu punkto, kemiinformadiko helpas scii ĉu celo estas "medikamentebla", tio estas, ĉu ĝi havas riglilo (revenante al la komenca analogeco) en kiu enkonduki ŝlosilo (molekulo) por provi modifi ĝin.

Krome, datumprilaboraj teknikoj ankaŭ helpas identigi kaj krei kandidatajn molekulojn (faskoj da ŝlosiloj) kiuj povus interagi kun la celo. Anstataŭ fizike testi milionojn da kombinaĵoj, virtuala rastrumo en grandegaj datumbazoj por identigi la plej bonajn kandidatojn. Tiel, kio antaŭe daŭris du ĝis kvar jarojn nun estas plenumita en multe malpli da tempo kaj kun pli malgranda investo de mono kaj peno.

Stadio 2: Antaŭklinika fazo

En la antaŭklinika fazo, la plej esperigaj komponaĵoj identigitaj estas prenitaj kaj rigore studitaj por taksi ilian sekurecon kaj efikecon. Ĉi tiuj studoj estas tipe farataj ambaŭ en vitro (sur ĉeloj kaj histoj) kiel en vivo (ĉe bestoj). Sed, Kemoinformatiko permesas simuli ĉiujn ĉi tiujn studojn en silico, tio estas, sur komputilo, kaj kun rezultoj tre similaj al laboratoriotestoj. Kompreneble, tio ŝparas rimedojn kaj tempon, kaj evitas sintezi centojn da senutilaj variaĵoj.

Etapo 3: Fazoj de klinika testo

Se antaŭklinikaj studoj sukcesos, la komponaĵo pluiros al homa testado. Kompreneble, tia komponaĵo povas esti tre potenca en provtubo aŭ en cifereca simulado. Sed se la homa korpo ne sorbas ĝin, ĝi estas toksa, aŭ la hepato metaboligas ĝin tro rapide, ĝi estos medikamentofiasko. Tial, antaŭ testado ĉe homoj, necesas fari... ADMET-Propraĵa Testo, kiu mezuras Adsorbadon, Distribuadon, Metabolon, Ekskrecion kaj Toksecon de la kombinaĵo en la homa korpo.

Bonŝance, Kemiinformadikaj modeloj ankaŭ povas efektivigi ADMET-posedaĵajn prognozajn testojn.Tio povas esti farita eĉ antaŭ ol testi la komponaĵon en bestoj, por frue ekskludi problemajn kandidatojn. Denove, plenumi ĉi tiujn ciferecajn simuladojn reduktas la nombron de malsukcesaj klinikaj provoj, same kiel la bezonon uzi testpersonojn (kaj la rezultan etikan efikon).

Konkluze, ni vidis ĝeneralajn detalojn, kio estas kemoinformadiko kaj kiel ĝi helpas malkovri novajn medikamentojn. La skalebleco de ĉi tiu scienca fako estas grandega., do pli kaj pli bonaj rezultoj estas atendataj en la estonteco. Kombinante la potencon de kemio kun komputila inteligenteco, tuta universo de eblecoj malfermiĝas por trakti malsanojn pli rapide, precize kaj ekonomie.