O que é quimioinformática e como ela ajuda a descobrir novos medicamentos?

Você sabia que descobrir um novo medicamento leva de 10 a 15 anos e custa bilhões de dólares? A quantidade de tempo, dinheiro e esforço investidos é enorme, mas tudo isso está mudando graças a uma disciplina científica conhecida como quimioinformática.O que é e como ajuda a descobrir novos medicamentosA resposta é tão emocionante quanto complexa, e neste post vamos explicá-la de uma forma simples.

O que é quimioinformática? A empolgante fusão entre química e ciência da computação

Para entender O que é quimioinformática?Imagine que você precisa encontrar uma chave única que abra uma fechadura extremamente complexa. Mas a chave está escondida entre uma montanha de dez bilhões de chaves diferentes. Que tarefa! Você consegue imaginar quanto tempo e esforço levaria para procurar manualmente e testar cada chave, uma por uma?

Bem, a indústria farmacêutica enfrenta este desafio monumental. A fechadura representa uma proteína causadora de doenças, e a chave é uma molécula química que pode ser convertida em um medicamento. Durante décadas, Especialistas usaram sistemas 'manuais' para encontrar cada novo medicamento, investindo uma quantidade realmente enorme de tempo, dinheiro e esforço.

Voltando à analogia, imagine que agora você tem um sistema inteligente Ele é capaz de descartar imediatamente nove entre dez chaves que não se encaixam. O sistema também ajuda você a prever quais chaves têm o formato mais promissor, reuni-las e classificá-las em grupos. Ótimo! Essa é, em essência, a mágica da Cheminformática.

O que é quimioinformática? Segundo o portal PubMed, 'é um campo da tecnologia da informação que se concentra na coleta, armazenamento, análise e manipulação de dados químicos.' Esta disciplina científica usa técnicas de ciência da computação e ciência de dados para resolver problemas complexos em químicaSeu foco principal é a descoberta de medicamentos, mas também tem aplicações em diversos setores (agroquímicos, alimentos, etc.).

Dois pilares fundamentais: Dados e Algoritmos

Para entender como funciona a quimioinformática, precisamos falar sobre seus dois componentes essenciais: dados químicos, por um lado, e o algoritmos e modelos, por outro lado. Estes últimos são usados ​​para processar dados químicos e, assim, obter informações úteis que permitem a otimização do desenvolvimento de fármacos. Para isso, é necessário primeiro digitalizar todos os dados relacionados a cada composto químico existente.

Então tudo começa com o digitalização de moléculasEstes podem ser representados digitalmente usando formatos especiais (como arquivos SMILES, InChI ou SDF) que um computador pode entender e processar. É claro que não estamos falando de simples desenhos: esses arquivos codificam informações como átomos, suas ligações, sua estrutura tridimensional, carga elétrica, propriedades físicas, etc. Isso resultou na existência de bancos de dados gigantescos que armazenam milhões de moléculas, tanto naturais quanto sintéticas.

• Uma vez que os compostos químicos, com todas as suas características, são trazidos para o plano digital, é possível aplicar ferramentas computacionais a eles.
• É disso que se trata a quimioinformática: aplicar dados químicos estatísticas, as aprendizado automático, inteligência artificial, mineração de dados e métodos de reconhecimento de padrões.
• Todos esses algoritmos e modelos aceleram muito a análise de uma quantidade enorme de dados, com o objetivo final de desenvolver medicamentos.

Como a quimioinformática ajuda a descobrir novos medicamentos

Basicamente, o que a quimioinformática faz é otimizar cada etapa do processo de descoberta e desenvolvimento de medicamentosVale ressaltar que esse processo é um ciclo longo e complexo que pode levar de 10 a 15 anos e custar bilhões de dólares. Mas grande parte desse esforço foi bastante simplificado graças à fusão da química e da ciência da computação. Vejamos como isso é possível durante os estágios iniciais do desenvolvimento de medicamentos:

Etapa 1: Descoberta e Pesquisa

Para criar um medicamento, a primeira coisa que os cientistas fazem é investigar a causa da doença. Dentro dessa causa, Eles identificam um alvo ou objetivo biológico (como uma proteína ou gene) que pode ser alterado para tratar a doença.. Neste ponto, a quimioinformática ajuda a saber se um alvo é "drogável", ou seja, se tem um parafuso (voltando à analogia inicial) em que introduzir uma chave (molécula) para tentar modificá-la.

Além disso, as técnicas de processamento de dados também ajudam a identificar e criar moléculas candidatas (molhos de chaves) que poderiam interagir com o alvo. Em vez de testar fisicamente milhões de compostos, um triagem virtual em enormes bancos de dados para identificar os melhores candidatos. Assim, o que costumava levar de dois a quatro anos agora é realizado em muito menos tempo e com um investimento menor de dinheiro e esforço.

Estágio 2: Fase pré-clínica

Na fase pré-clínica, os compostos mais promissores identificados são selecionados e rigorosamente estudados para avaliar sua segurança e eficácia. Esses estudos são normalmente conduzidos tanto in vitro (em células e tecidos) como in vivo (em animais). Mas, A quimioinformática permite simular todos esses estudos in silico, ou seja, em um computador, e com resultados muito semelhantes aos de testes de laboratório. Naturalmente, isso economiza recursos e tempo, além de evitar a síntese de centenas de variantes inúteis.

Etapa 3: Fases do ensaio clínico

Se os estudos pré-clínicos forem bem-sucedidos, o composto segue para testes em humanos. É claro que tal composto pode ser muito potente em um tubo de ensaio ou em uma simulação digital. Mas se o corpo humano não o absorver, for tóxico ou o fígado o metabolizar muito rapidamente, será considerado um fracasso do medicamento. Portanto, antes dos testes em humanos, é necessário realizar uma Teste de predição de propriedades ADMET, que mede adsorção, distribuição, metabolismo, excreção e toxicidade do composto no corpo humano.

Felizmente, Os modelos de quimioinformática também podem executar testes de previsão de propriedades ADMETIsso pode ser feito antes mesmo de testar o composto em animais, a fim de descartar candidatos problemáticos logo no início. Novamente, a realização dessas simulações digitais reduz o número de ensaios clínicos fracassados, bem como a necessidade de usar cobaias (e o impacto ético resultante).

Concluindo, vimos em linhas gerais o que é quimioinformática e como ela auxilia na descoberta de novos medicamentos. A escalabilidade desta disciplina científica é enorme., portanto, mais e melhores resultados são esperados no futuro. Ao combinar o poder da química com a inteligência computacional, abre-se todo um universo de possibilidades para tratar doenças de forma mais rápida, precisa e econômica.