Ali ste vedeli, da odkrivanje novega zdravila traja od 10 do 15 let in stane milijarde dolarjev? Količina vloženega časa, denarja in truda je ogromna, vendar se vse to spreminja zaradi znanstvene discipline, znane kot kemoinformatika.Kaj je to in kako pomaga pri odkrivanju novih zdravilOdgovor je prav tako vznemirljiv kot zapleten, v tej objavi pa ga bomo razložili na preprost način.
Kaj je keminformatika? Vznemirljiva združitev kemije in računalništva
Da bi razumeli Kaj je kemijska informatika?Predstavljajte si, da morate najti edinstven ključ, ki odklene izjemno zapleteno ključavnico. Vendar je ključ skrit med goro desetih milijard različnih ključev. Kakšna naloga! Si predstavljate, koliko časa in truda bi potrebovali za ročno iskanje in preizkušanje vsakega ključa posebej?
No, farmacevtska industrija se sooča s tem ogromnim izzivom. Ključavnica predstavlja beljakovino, ki povzroča bolezni, ključ pa je kemična molekula, ki bi jo lahko pretvorili v zdravilo. Že desetletja ... Strokovnjaki so za iskanje vsakega novega zdravila uporabili "ročne" sisteme., pri čemer je vloženo resnično ogromno časa, denarja in truda.
Če se vrnemo k analogiji, si predstavljajte, da imate zdaj pametni sistem Takoj lahko izloči devet od desetih ključev, ki ne ustrezajo. Sistem vam pomaga tudi napovedati, kateri ključi imajo najbolj obetavno obliko, jih zbrati in razvrstiti v skupine. Odlično! To je v bistvu čarovnija kemijske informatike.
Kaj je kemijska informatika? Po podatkih portala PubMed, »je področje informacijske tehnologije, ki se osredotoča na zbiranje, shranjevanje, analizo in manipulacijo kemijskih podatkov.« Ta znanstvena disciplina uporablja tehnike računalništva in podatkovne znanosti za reševanje kompleksnih problemov v kemijiOsredotoča se predvsem na odkrivanje zdravil, vendar ima aplikacije tudi v več sektorjih (agrokemikalije, hrana itd.).
Dva temeljna stebra: podatki in algoritmi
Da bi razumeli, kako deluje kemijska informatika, moramo govoriti o njenih dveh bistvenih komponentah: kemijski podatkina eni strani in na algoritmi in modeli, po drugi strani. Slednji se uporabljajo za obdelavo kemijskih podatkov in s tem pridobivanje koristnih informacij, ki omogočajo optimizacijo razvoja zdravil. Za to je najprej treba digitalizirati vse podatke, povezane z vsako obstoječo kemično spojino.
Vse se torej začne z digitalizacija molekulTe je mogoče digitalno predstaviti z uporabo posebnih formatov (kot so datoteke SMILES, InChI ali SDF), ki jih računalnik lahko razume in obdela. Seveda ne govorimo o preprostih risbah: te datoteke kodirajo informacije, kot so atomi, njihove vezi, njihova tridimenzionalna struktura, električni naboj, fizikalne lastnosti itd. To je privedlo do obstoja ogromnih podatkovnih baz, ki hranijo milijone molekul, tako naravnih kot sintetičnih.
- Ko so kemične spojine z vsemi njihovimi značilnostmi prenesene na digitalno raven, je nanje mogoče uporabiti računalniška orodja.
- To je bistvo kemijske informatike: uporaba kemijskih podatkov statistika, samodejno učenje, umetna inteligenca, rudarjenje podatkov in metode prepoznavanja vzorcev.
- Vsi ti algoritmi in modeli močno pospešijo analizo tako ogromne količine podatkov, s končnim ciljem razvoja zdravil.
Kako kemijska informatika pomaga pri odkrivanju novih zdravil
V bistvu se kemijska informatika ukvarja z optimizirati vsako fazo procesa odkrivanja in razvoja zdravilOmeniti velja, da je ta postopek dolg in zapleten cikel, ki lahko traja od 10 do 15 let in stane milijarde dolarjev. Vendar pa je bil velik del tega prizadevanja močno poenostavljen zaradi združitve kemije in računalništva. Poglejmo, kako je to mogoče v zgodnjih fazah razvoja zdravil:
1. faza: Odkrivanje in raziskovanje
Da bi ustvarili zdravilo, znanstveniki najprej raziščejo, kaj povzroča bolezen. Znotraj tega vzroka, Identificirajo biološko tarčo ali cilj (kot je protein ali gen), ki ga je mogoče spremeniti za zdravljenje bolezni.Na tej točki kemijska informatika pomaga ugotoviti, ali je tarča "zdravljiva", torej ali ima vijak (vračanje k začetni analogiji), v kateri uvesti llave (molekulo), da bi jo poskušali spremeniti.
Poleg tega tehnike obdelave podatkov pomagajo tudi pri identificirati in ustvariti kandidatne molekule (šopki ključev), ki bi lahko interagirali s tarčo. Namesto fizičnega testiranja milijonov spojin, virtualni pregled v ogromnih podatkovnih bazah za identifikacijo najboljših kandidatov. Kar je prej trajalo dve do štiri leta, se zdaj doseže v veliko krajšem času in z manjšo naložbo denarja in truda.
2. faza: Predklinična faza
V predklinični fazi se izberejo najbolj obetavne spojine in se jih natančno preuči, da se oceni njihova varnost in učinkovitost. Te študije se običajno izvajajo tako in vitro (na celicah in tkivih) kot vivo (pri živalih). Ampak, Kemoinformatika omogoča simulacijo vseh teh študij v silikonu, torej na računalniku, in z rezultati, ki so zelo podobni laboratorijskim testom. Seveda to prihrani vire in čas ter se izogne sintezi stotin neuporabnih variant.
3. faza: Faze kliničnega preskušanja
Če so predklinične študije uspešne, se spojina prenese na testiranje na ljudeh. Seveda je taka spojina lahko zelo močna v epruveti ali v digitalni simulaciji. Če pa je človeško telo ne absorbira, je strupena ali jo jetra prehitro presnavljajo, bo zdravilo neuspešno. Zato je pred testiranjem na ljudeh potrebno izvesti ADMET Properties Prediktivni test, ki meri adsorpcijo, porazdelitev, presnovo, izločanje in toksičnost spojine v človeškem telesu.
Na srečo Kemijsko-informatični modeli lahko izvajajo tudi teste napovedovanja lastnosti ADMETTo je mogoče storiti še pred testiranjem spojine na živalih, da se že zgodaj izključijo problematični kandidati. Izvajanje teh digitalnih simulacij ponovno zmanjša število neuspešnih kliničnih preskušanj, pa tudi potrebo po uporabi testnih oseb (in posledični etični vpliv).
Skratka, na splošno smo si ogledali, kaj je kemoinformatika in kako pomaga pri odkrivanju novih zdravil. Razširljivost te znanstvene discipline je ogromna., zato se v prihodnosti pričakuje več in boljših rezultatov. Z združitvijo moči kemije z računalniško inteligenco se odpira celo vesolje možnosti za hitrejše, natančnejše in ekonomičnejše zdravljenje bolezni.
Že od malih nog me zelo zanima vse, kar je povezano z znanstvenim in tehnološkim napredkom, še posebej tistim, ki nam olajšajo in popestrijo življenje. Rad sem na tekočem z najnovejšimi novicami in trendi ter delim svoje izkušnje, mnenja in nasvete o opremi in pripomočkih, ki jih uporabljam. To me je pripeljalo do tega, da sem pred nekaj več kot petimi leti postal spletni pisec, osredotočen predvsem na naprave Android in operacijske sisteme Windows. Naučil sem se razložiti s preprostimi besedami, kaj je zapleteno, tako da moji bralci to zlahka razumejo.