Çfarë është kimioinformatika dhe si ndihmon ajo në zbulimin e barnave të reja?

A e dinit se zbulimi i një ilaçi të ri zgjat midis 10 dhe 15 vjet dhe kushton miliarda dollarë? Sasia e kohës, parave dhe përpjekjeve të investuara është e jashtëzakonshme, por e gjitha kjo po ndryshon falë një disipline shkencore të njohur si kemoinformatikë.Çfarë është dhe si ndihmon në zbulimin e barnave të rejaPërgjigja është po aq emocionuese sa është edhe komplekse, dhe në këtë postim do ta shpjegojmë në një mënyrë të thjeshtë.

Çfarë është kimioinformatika? Bashkimi emocionues i kimisë dhe shkencës kompjuterike

Për të kuptuar Çfarë është kimioinformatika?Imagjinoni sikur duhet të gjeni një çelës unik që hap një bravë jashtëzakonisht komplekse. Por çelësi është i fshehur midis një mali me dhjetë miliardë çelësa të ndryshëm. Çfarë detyre! A mund ta imagjinoni sa kohë dhe përpjekje do të duhej për të kërkuar manualisht dhe për të provuar çdo çelës një nga një?

E pra, industria farmaceutike përballet me këtë sfidë monumentale. Kyçi përfaqëson një proteinë që shkakton sëmundje, dhe çelësi është një molekulë kimike që mund të shndërrohet në një ilaç. Për dekada të tëra, Ekspertët kanë përdorur sisteme 'manuale' për të gjetur çdo ilaç të ri., duke investuar një sasi vërtet të madhe kohe, parash dhe përpjekjesh.

Duke u kthyer te analogjia, imagjinoni sikur tani keni një sistem inteligjent Është në gjendje të përjashtojë menjëherë nëntë nga dhjetë çelësa që nuk përshtaten. Sistemi gjithashtu ju ndihmon të parashikoni se cilët çelësa kanë formën më premtuese, t'i mblidhni ato dhe t'i renditni në tufa. Shkëlqyeshëm! Kjo është, në thelb, magjia e Kiminoformatikës.

Çfarë është kimioinformatika? Sipas portalit PubMed, 'është një fushë e teknologjisë së informacionit që përqendrohet në mbledhjen, ruajtjen, analizën dhe manipulimin e të dhënave kimike.' Kjo disiplinë shkencore përdor teknikat e shkencës kompjuterike dhe të shkencës së të dhënave për të zgjidhur probleme komplekse në kimiKryesisht është i fokusuar në zbulimin e barnave, por ka edhe zbatime në sektorë të shumtë (agrokimikate, ushqim, etj.).

Dy shtylla themelore: Të dhënat dhe algoritmet

Për të kuptuar se si funksionon kimioinformatika, duhet të flasim për dy komponentët e saj thelbësorë: të dhëna kimike, nga njëra anë, dhe algoritme dhe modele, nga ana tjetër. Këto të fundit përdoren për të përpunuar të dhëna kimike dhe kështu për të marrë informacion të dobishëm që lejon optimizimin e zhvillimit të barnave. Për ta bërë këtë, së pari është e nevojshme të dixhitalizohen të gjitha të dhënat që lidhen me secilin përbërës kimik ekzistues.

Pra, gjithçka fillon me dixhitalizimi i molekulaveKëto mund të përfaqësohen në mënyrë dixhitale duke përdorur formate të veçanta (siç janë skedarët SMILES, InChI ose SDF) që një kompjuter mund t'i kuptojë dhe përpunojë. Sigurisht, nuk po flasim për vizatime të thjeshta: këto skedarë kodojnë informacione të tilla si atomet, lidhjet e tyre, struktura e tyre tre-dimensionale, ngarkesa elektrike, vetitë fizike, etj. Kjo ka rezultuar në ekzistencën e bazave të të dhënave gjigante që ruajnë miliona molekula, si natyrale ashtu edhe sintetike.

• Pasi përbërjet kimike, me të gjitha karakteristikat e tyre, të jenë sjellë në planin dixhital, është e mundur të aplikohen mjete llogaritëse për to.
• Ja çfarë është kimioinformatika: zbatimi i të dhënave kimike statistikat, të mësim automatik, inteligjenca artificiale, nxjerrja e të dhënave dhe metodat e njohjes së modeleve.
• Të gjitha këto algoritme dhe modele e përshpejtojnë shumë analizën e një sasie kaq të madhe të dhënash, me qëllimin përfundimtar zhvillimin e barnave.

Si ndihmon kimioinformatika në zbulimin e barnave të reja

Në thelb, ajo që bën kimioinformatika është optimizoni çdo fazë të procesit të zbulimit dhe zhvillimit të barnaveVlen të përmendet se ky proces është një cikël i gjatë dhe kompleks që mund të zgjasë 10 deri në 15 vjet dhe të kushtojë miliarda dollarë. Por pjesa më e madhe e kësaj përpjekjeje është thjeshtuar shumë falë bashkimit të kimisë dhe shkencës kompjuterike. Le të shohim se si është e mundur kjo gjatë fazave të hershme të zhvillimit të barnave:

Faza 1: Zbulimi dhe Hulumtimi

Për të krijuar një ilaç, gjëja e parë që bëjnë shkencëtarët është të hetojnë se çfarë e shkakton një sëmundje. Brenda atij shkaku, Ata identifikojnë një objektiv ose shënjestër biologjike (siç është një proteinë ose gjen) që mund të ndryshohet për të trajtuar sëmundjen.Në këtë pikë, kimioinformatika ndihmon për të ditur nëse një objektiv është "i droguar", domethënë nëse ka një rrufe në qiell (duke u kthyer te analogjia fillestare) në të cilën të prezantohet një çelës (molekulë) për të provuar ta modifikojë atë.

Përveç kësaj, teknikat e përpunimit të të dhënave ndihmojnë gjithashtu në identifikojnë dhe krijojnë molekula kandidate (tufa çelësash) që mund të bashkëveprojnë me objektivin. Në vend që të testohen fizikisht miliona përbërës, një shfaqje virtuale në baza të dhënash masive për të identifikuar kandidatët më të mirë. Kështu, ajo që më parë zgjaste dy deri në katër vjet, tani realizohet në shumë më pak kohë dhe me një investim më të vogël parash dhe përpjekjesh.

Faza 2: Faza paraklinike

Në fazën paraklinike, përbërësit më premtues të identifikuar merren dhe studiohen me rigorozitet për të vlerësuar sigurinë dhe efikasitetin e tyre. Këto studime zakonisht kryhen si in vitro (në qeliza dhe inde) si in vivo (te kafshët). Por, Kimioinformatika lejon që të simulohen të gjitha këto studime. në siliko, domethënë, në një kompjuter, dhe me rezultate shumë të ngjashme me testet laboratorike. Natyrisht, kjo kursen burime dhe kohë, dhe shmang sintetizimin e qindra varianteve të padobishme.

Faza 3: Fazat e provave klinike

Nëse studimet paraklinike janë të suksesshme, përbërësi kalon në testimin te njerëzit. Sigurisht, një përbërës i tillë mund të jetë shumë i fuqishëm në një provëz ose në një simulim dixhital. Por nëse trupi i njeriut nuk e përthith atë, është toksik ose mëlçia e metabolizon shumë shpejt, do të jetë një dështim i ilaçit. Prandaj, para se të testohet te njerëzit, është e nevojshme të kryhet një... Testi i Parashikimit të Vetive ADMET, i cili mat Adsorbimin, Shpërndarjen, Metabolizmin, Ekskrecionin dhe Toksicitetin e përbërjes në trupin e njeriut.

Për fat të mirë, Modelet e kimioinformatikës mund të kryejnë gjithashtu teste parashikimi të vetive ADMET.Kjo mund të bëhet edhe para testimit të përbërjes në kafshë, në mënyrë që të përjashtohen kandidatët problematikë që në fillim. Përsëri, kryerja e këtyre simulimeve dixhitale zvogëlon numrin e provave klinike të dështuara, si dhe nevojën për të përdorur subjekte testimi (dhe ndikimin etik që rezulton).

Si përfundim, kemi parë në vija të përgjithshme se çfarë është kimioinformatika dhe si ndihmon ajo në zbulimin e barnave të reja. Shkallueshmëria e kësaj disipline shkencore është e jashtëzakonshme., kështu që priten më shumë rezultate dhe më të mira në të ardhmen. Duke kombinuar fuqinë e kimisë me inteligjencën kompjuterike, hapet një univers i tërë mundësish për trajtimin e sëmundjeve më shpejt, më saktë dhe më ekonomikisht.