Czy wiesz, że odkrycie nowego leku zajmuje od 10 do 15 lat i kosztuje miliardy dolarów? Ilość zainwestowanego czasu, pieniędzy i wysiłku jest ogromna, ale to wszystko zmienia się dzięki dyscyplinie naukowej zwanej chemoinformatyką.Czym jest i jak pomaga odkrywać nowe lekiOdpowiedź jest równie ekscytująca, co skomplikowana, ale w tym poście wyjaśnimy ją w prosty sposób.
Czym jest chemioinformatyka? Ekscytujące połączenie chemii i informatyki
Do zrozumienia Czym jest cheminformatyka?Wyobraź sobie, że musisz znaleźć unikalny klucz, który otworzy niezwykle skomplikowany zamek. Ale klucz jest ukryty wśród góry dziesięciu miliardów różnych kluczy. Co za zadanie! Czy potrafisz sobie wyobrazić, ile czasu i wysiłku zajęłoby ręczne wyszukiwanie i sprawdzanie każdego klucza po kolei?
Cóż, przemysł farmaceutyczny stoi przed tym monumentalnym wyzwaniem. Zamek symbolizuje białko wywołujące choroby, a kluczem jest cząsteczka chemiczna, którą można przekształcić w lek. Od dziesięcioleci Eksperci korzystali z „ręcznych” systemów, aby znaleźć każdy nowy lekinwestując naprawdę ogromne ilości czasu, pieniędzy i wysiłku.
Wracając do analogii, wyobraź sobie, że teraz masz inteligentny system Potrafi natychmiast odrzucić dziewięć na dziesięć kluczy, które nie pasują. System pomaga również przewidzieć, które klucze mają najbardziej obiecujący kształt, zebrać je i posortować w pakiety. Świetnie! To właśnie w tym tkwi magia Cheminformatyki.
Czym jest chemiinformatyka? Według portalu PubMed, „to dziedzina technologii informacyjnej, która koncentruje się na gromadzeniu, przechowywaniu, analizie i przetwarzaniu danych chemicznych”. Ta dyscyplina naukowa wykorzystuje techniki informatyki i nauki o danych do rozwiązywania złożonych problemów z chemiiKoncentruje się ona głównie na odkrywaniu leków, ale ma również zastosowanie w wielu sektorach (agrochemia, żywność itp.).
Dwa podstawowe filary: dane i algorytmy
Aby zrozumieć, jak działa chemioinformatyka, musimy omówić jej dwa podstawowe elementy: dane chemicznez jednej strony i z drugiej algorytmy i modeleZ drugiej strony, te ostatnie służą do przetwarzania danych chemicznych i uzyskiwania w ten sposób użytecznych informacji, które pozwalają na optymalizację rozwoju leków. Aby to zrobić, konieczna jest najpierw digitalizacja wszystkich danych dotyczących każdego istniejącego związku chemicznego.
Więc wszystko zaczyna się od digitalizacja cząsteczekMożna je przedstawić cyfrowo w specjalnych formatach (takich jak pliki SMILES, InChI lub SDF), które komputer potrafi zrozumieć i przetworzyć. Oczywiście nie mówimy tu o prostych rysunkach: pliki te kodują informacje takie jak atomy, ich wiązania, struktura trójwymiarowa, ładunek elektryczny, właściwości fizyczne itp. Doprowadziło to do powstania gigantycznych baz danych przechowujących miliony cząsteczek, zarówno naturalnych, jak i syntetycznych.
- Gdy związki chemiczne, ze wszystkimi ich właściwościami, zostaną przeniesione na płaszczyznę cyfrową, możliwe będzie zastosowanie do nich narzędzi obliczeniowych.
- Na tym właśnie polega chemioinformatyka: na stosowaniu danych chemicznych statystyki, uczenie maszynowe, sztuczna inteligencja, eksploracja danych i metody rozpoznawania wzorców.
- Wszystkie te algorytmy i modele znacznie przyspieszają analizę ogromnej ilości danych, której ostatecznym celem jest opracowanie leków.
Jak chemioinformatyka pomaga odkrywać nowe leki
Zasadniczo chemioinformatyka zajmuje się: optymalizacja każdego etapu procesu odkrywania i rozwoju lekówWarto zauważyć, że proces ten to długi i złożony cykl, który może trwać od 10 do 15 lat i kosztować miliardy dolarów. Jednak dzięki połączeniu chemii i informatyki udało się znacznie uprościć wiele z tych działań. Przyjrzyjmy się, jak to możliwe na wczesnych etapach rozwoju leków:
Etap 1: Odkrycia i badania
Aby stworzyć lek, naukowcy najpierw badają przyczynę choroby. W ramach tej przyczyny Identyfikują one cel biologiczny (np. białko lub gen), który można zmodyfikować w celu leczenia choroby.W tym momencie chemioinformatyka pomaga ustalić, czy cel jest „możliwy do leczenia”, czyli czy ma śruba (wracając do początkowej analogii) w którym należy wprowadzić llave (cząsteczki), aby spróbować ją zmodyfikować.
Ponadto techniki przetwarzania danych pomagają również identyfikować i tworzyć kandydackie cząsteczki (pęczki kluczy), które mogłyby oddziaływać z celem. Zamiast fizycznie testować miliony związków, wirtualne badanie przesiewowe w ogromnych bazach danych, aby zidentyfikować najlepszych kandydatów. Dzięki temu to, co kiedyś zajmowało od dwóch do czterech lat, jest teraz osiągane w znacznie krótszym czasie i przy mniejszych nakładach finansowych i nakładach pracy.
Etap 2: Faza przedkliniczna
W fazie przedklinicznej najbardziej obiecujące związki są poddawane rygorystycznym badaniom w celu oceny ich bezpieczeństwa i skuteczności. Badania te są zazwyczaj prowadzone zarówno in vitro (na komórkach i tkankach) jako in vivo (u zwierząt). Ale, Chemoinformatyka pozwala na symulację wszystkich tych badań w silicoczyli na komputerze, a wyniki są bardzo zbliżone do testów laboratoryjnych. Oczywiście, oszczędza to zasoby i czas oraz zapobiega syntezie setek bezużytecznych wariantów.
Etap 3: Fazy badań klinicznych
Jeśli badania przedkliniczne zakończą się sukcesem, związek przechodzi do testów na ludziach. Oczywiście taki związek może być bardzo silny w probówce lub w symulacji cyfrowej. Jeśli jednak organizm ludzki go nie wchłonie, będzie toksyczny lub wątroba zmetabolizuje go zbyt szybko, będzie to oznaczało niepowodzenie w testach na ludziach. Dlatego przed testami na ludziach konieczne jest przeprowadzenie badań. Test przewidywania właściwości ADMET, który mierzy adsorpcję, dystrybucję, metabolizm, wydalanie i toksyczność związku w organizmie człowieka.
Na szczęście Modele chemiczno-informatyczne mogą również przeprowadzać testy przewidywania właściwości ADMETMożna to zrobić jeszcze przed testowaniem związku na zwierzętach, aby wcześnie wykluczyć problematycznych kandydatów. Ponownie, przeprowadzenie tych symulacji cyfrowych zmniejsza liczbę nieudanych badań klinicznych, a także konieczność udziału osób badanych (i wynikające z tego konsekwencje etyczne).
Podsumowując, w ogólnym zarysie omówiliśmy, czym jest chemoinformatyka i w jaki sposób pomaga odkrywać nowe leki. Skalowalność tej dyscypliny naukowej jest ogromna., dlatego w przyszłości oczekuje się lepszych i liczniejszych rezultatów. Połączenie potencjału chemii z inteligencją obliczeniową otwiera przed nami cały wachlarz możliwości szybszego, dokładniejszego i bardziej ekonomicznego leczenia chorób.
Od najmłodszych lat byłem bardzo ciekawy wszystkiego, co wiąże się z postępem naukowym i technologicznym, zwłaszcza tym, który czyni nasze życie łatwiejszym i przyjemniejszym. Uwielbiam być na bieżąco z najnowszymi wiadomościami i trendami, a także dzielić się swoimi doświadczeniami, opiniami i radami na temat sprzętu i gadżetów, których używam. To doprowadziło mnie do zostania pisarzem internetowym nieco ponad pięć lat temu, skupiającym się głównie na urządzeniach z Androidem i systemach operacyjnych Windows. Nauczyłem się wyjaśniać prostymi słowami to, co jest skomplikowane, aby moi czytelnicy mogli to łatwo zrozumieć.