Știați că descoperirea unui nou medicament durează între 10 și 15 ani și costă miliarde de dolari? Cantitatea de timp, bani și efort investite este enormă, dar totul se schimbă datorită unei discipline științifice cunoscute sub numele de chemoinformatică.Ce este și cum ajută la descoperirea de noi medicamenteRăspunsul este pe cât de interesant, pe atât de complex, iar în această postare îl vom explica într-un mod simplu.
Ce este cheminformatica? Fuziunea captivantă dintre chimie și informatică
Pentru a înțelege Ce este cheminformatica?Imaginează-ți că trebuie să găsești o cheie unică care deschide o încuietoare extrem de complexă. Dar cheia este ascunsă printre un munte de zece miliarde de chei diferite. Ce sarcină! Îți poți imagina cât timp și efort ar fi necesar să cauți manual și să încerci fiecare cheie una câte una?
Ei bine, industria farmaceutică se confruntă cu această provocare monumentală. Lacătul reprezintă o proteină care cauzează boli, iar cheia este o moleculă chimică ce ar putea fi transformată într-un medicament. Timp de decenii, Experții au folosit sisteme „manuale” pentru a găsi fiecare medicament nou, investind o cantitate cu adevărat enormă de timp, bani și efort.
Revenind la analogie, imaginează-ți că ai acum un sistem inteligent Este capabil să excludă imediat nouă din zece chei care nu se potrivesc. Sistemul vă ajută, de asemenea, să preziceți care chei au cea mai promițătoare formă, să le adunați și să le sortați în grupuri. Grozav! Aceasta este, în esență, magia chimiinformaticii.
Ce este cheminformatica? Conform portalului PubMed, „este un domeniu al tehnologiei informației care se concentrează pe colectarea, stocarea, analiza și manipularea datelor chimice.” Această disciplină științifică folosește tehnici de informatică și știința datelor pentru a rezolva probleme complexe în chimieSe concentrează în principal pe descoperirea de medicamente, dar are aplicații și în multiple sectoare (agrochimice, alimentare etc.).
Doi piloni fundamentali: Date și Algoritmi
Pentru a înțelege cum funcționează cheminformatica, trebuie să vorbim despre cele două componente esențiale ale sale: date chimice, pe de o parte, și algoritmi și modele, pe de altă parte. Acestea din urmă sunt utilizate pentru a procesa date chimice și astfel pentru a obține informații utile care permit optimizarea dezvoltării medicamentelor. Pentru a realiza acest lucru, este mai întâi necesară digitalizarea tuturor datelor referitoare la fiecare compus chimic existent.
Deci totul începe cu digitalizarea moleculelorAcestea pot fi reprezentate digital folosind formate speciale (cum ar fi fișiere SMILES, InChI sau SDF) pe care un computer le poate înțelege și procesa. Desigur, nu vorbim despre simple desene: aceste fișiere codifică informații precum atomii, legăturile lor, structura lor tridimensională, sarcina electrică, proprietățile fizice etc. Acest lucru a dus la existența unor baze de date gigantice care stochează milioane de molecule, atât naturale, cât și sintetice.
- Odată ce compușii chimici, cu toate caracteristicile lor, sunt aduși în plan digital, este posibil să li se aplice instrumente computaționale.
- Despre asta este vorba în cheminformatică: aplicarea datelor chimice statistici, învățarea mașinii, inteligență artificială, extragere de date și metode de recunoaștere a tiparelor.
- Toți acești algoritmi și modele accelerează considerabil analiza unei cantități atât de mari de date, cu scopul final de a dezvolta medicamente.
Cum ajută cheminformatica la descoperirea de noi medicamente
Practic, cheminformatica face optimizați fiecare etapă a procesului de descoperire și dezvoltare a medicamentelorEste demn de remarcat faptul că acest proces este un ciclu lung și complex, care poate dura 10 până la 15 ani și poate costa miliarde de dolari. Dar o mare parte din acest efort a fost mult simplificat datorită fuziunii dintre chimie și informatică. Să vedem cum este posibil acest lucru în primele etape ale dezvoltării medicamentelor:
Etapa 1: Descoperire și Cercetare
Pentru a crea un medicament, primul lucru pe care îl fac oamenii de știință este să investigheze ce cauzează o boală. În cadrul acelei cauze, Acestea identifică o țintă sau un obiectiv biologic (cum ar fi o proteină sau o genă) care poate fi modificată pentru a trata boala.În acest moment, cheminformatica ajută la cunoașterea faptului dacă o țintă este „drogabilă”, adică dacă are un șurub (revenind la analogia inițială) în care să introducem un cheie (moleculă) pentru a încerca să o modifice.
În plus, tehnicile de prelucrare a datelor ajută și la identificarea și crearea de molecule candidate (mâzgălituri de chei) care ar putea interacționa cu ținta. În loc să testeze fizic milioane de compuși, un screening virtual în baze de date masive pentru a identifica cei mai buni candidați. Astfel, ceea ce dura înainte doi până la patru ani este acum realizat în mult mai puțin timp și cu o investiție mai mică de bani și efort.
Etapa 2: Faza preclinică
În faza preclinică, cei mai promițători compuși identificați sunt luați și studiați riguros pentru a le evalua siguranța și eficacitatea. Aceste studii sunt de obicei efectuate atât in vitro (pe celule și țesuturi) ca in vivo (la animale). Dar, Chemoinformatica permite simularea tuturor acestor studii in Silicon, adică pe un computer...și cu rezultate foarte similare testelor de laborator. Bineînțeles, acest lucru economisește resurse și timp și evită sintetizarea a sute de variante inutile.
Etapa 3: Fazele studiului clinic
Dacă studiile preclinice au succes, compusul trece la testarea pe oameni. Desigur, un astfel de compus poate fi foarte puternic într-o eprubetă sau într-o simulare digitală. Dar dacă organismul uman nu îl absoarbe, este toxic sau ficatul îl metabolizează prea repede, va fi un eșec al medicamentului. Prin urmare, înainte de testarea pe oameni, este necesar să se efectueze o... Testul de predicție a proprietăților ADMET, care măsoară adsorbția, distribuția, metabolismul, excreția și toxicitatea compusului din corpul uman.
Din fericire, Modelele cheminformatice pot rula, de asemenea, teste de predicție a proprietăților ADMETAcest lucru se poate face chiar înainte de testarea compusului pe animale, pentru a exclude din timp candidații problematici. Din nou, efectuarea acestor simulări digitale reduce numărul de studii clinice eșuate, precum și necesitatea de a utiliza subiecți de testare (și impactul etic rezultat).
În concluzie, am văzut pe scurt ce este chemoinformatica și cum ajută la descoperirea de noi medicamente. Scalabilitatea acestei discipline științifice este enormă., așa că în viitor se așteaptă rezultate mai multe și mai bune. Prin combinarea puterii chimiei cu inteligența computațională, se deschide un întreg univers de posibilități pentru tratarea bolilor mai rapidă, mai precisă și mai economică.
De când eram foarte mic am fost foarte curios de tot ce ține de progresele științifice și tehnologice, în special de cele care ne fac viața mai ușoară și mai distractivă. Îmi place să fiu la curent cu cele mai recente știri și tendințe și să îmi împărtășesc experiențele, opiniile și sfaturile despre echipamentele și gadgeturile pe care le folosesc. Acest lucru m-a determinat să devin un scriitor web cu puțin peste cinci ani în urmă, concentrat în primul rând pe dispozitivele Android și sistemele de operare Windows. Am învățat să explic în cuvinte simple ceea ce este complicat, astfel încât cititorii mei să poată înțelege cu ușurință.