Was ist rationales Arzneimitteldesign?
Während des größten Teils der Geschichte der Medizin wurden neue Medikamente durch Ausprobieren oder einfach durch Zufall entdeckt. Da die Nachfrage nach neuen und effektiveren Arzneimitteln gestiegen ist, hat eine neue Methode der Arzneimittelentwicklung, genannt rationales Arzneimitteldesign, begonnen, die alten Methoden zu ersetzen. Beim rationalen Wirkstoffdesign werden biologisch aktive Verbindungen speziell für die Arbeit mit einem bestimmten Wirkstoffziel entwickelt oder ausgewählt. Beim rationalen Wirkstoffdesign wird häufig eine molekulare Design-Software verwendet, mit der die Forscher dreidimensionale Modelle von Wirkstoffen und ihren biologischen Zielen erstellen. Aus diesem Grund wird das Verfahren auch als computergestütztes Wirkstoffdesign bezeichnet.
Ein Medikamentenziel oder biologisches Ziel ist normalerweise eine von zwei Arten. Der erste Typ ist ein Molekül im menschlichen Körper, das Krankheiten verursacht, wenn es auf irgendeine Weise defekt ist. Das zweite ist ein Molekül eines krankheitsverursachenden Mikroorganismus. Die Entwicklung von Arzneimitteln umfasst die Entdeckung oder Entwicklung neuer chemischer Verbindungen, die auf vorteilhafte Weise mit diesen Zielen interagieren, z. B. indem sie mit Cholesterin interagieren, um es aus dem Körper zu entfernen, oder indem sie mit einem Virus interagieren, um dessen Tod zu verursachen.
Ältere Methoden zur Entwicklung neuer Medikamente weisen mehrere Mängel auf, die die Entdeckung von Arzneimitteln zu einem teuren Geschäft machen. Die einfachste und schnellste Methode zur Entwicklung eines neuen Arzneimittels besteht einfach darin, durch reines Glück herauszufinden, dass eine bestimmte Verbindung gegen ein interessierendes Medikamentenziel biologisch aktiv ist. Der vielleicht berühmteste derartige Vorfall war die Entdeckung von Penicillin durch Alexander Fleming im Jahr 1928. Der Mikrobiologe entdeckte das erste Antibiotikum, als einige Bakterienkulturen, mit denen er arbeitete, mit einem bakteriziden Pilz kontaminiert wurden. Natürlich kommt diese Art der Zufallsentdeckung nicht sehr oft vor, und Glück ist nichts, worauf sich Pharmaunternehmen bei der Entwicklung neuer Medikamente verlassen.
Die häufigste Methode zur Entwicklung neuer Medikamente ist ein langwieriger Prozess, der als kombinatorisches Bibliotheks-Screening bezeichnet wird. Bei diesem Verfahren wird eine große Anzahl chemischer Verbindungen erzeugt und anschließend auf biologische Aktivität untersucht. Wenn eine bestimmte Verbindung Anzeichen einer Wechselwirkung mit einem biologischen Ziel zeigt, erhält sie weitere Aufmerksamkeit und kann zu einem neuen Medikament entwickelt werden. Dieser Prozess kann viele Jahre und enorme Geldbeträge in Anspruch nehmen, und selbst am Ende der Entwicklungsphase ist das Medikament möglicherweise nicht wirksam genug oder sicher genug für den menschlichen Gebrauch.
Rationales Medikamentendesign ist ein optimierterer Prozess, bei dem sowohl das Ziel des Medikaments als auch das Medikament selbst sorgfältig berücksichtigt werden müssen. Diese Methode des Wirkstoffdesigns verwendet spezielle Geräte, um die dreidimensionale Struktur eines Wirkstoffziels zu untersuchen und dann eine Verbindung zu finden, die mit dem Ziel interagieren kann. Rationales Arzneimitteldesign erfordert daher erhebliche Kenntnisse der Chemie und der Biologie, da durch chemische Wechselwirkungen zwischen Arzneimitteln und ihren Zielen bestimmt wird, ob ein Arzneimittel biologisch aktiv ist.
Verbindungen können auf zwei Arten zum Testen lokalisiert werden. Das erste beinhaltet die Verwendung eines kombinatorischen Bibliotheks-Screenings. In diesem Fall wird der Prozess jedoch rationalisiert, da Forscher, die rationale Wirkstoffdesignmethoden anwenden, die Bibliothek nach Verbindungen absuchen, deren Form spezifisch genug ist, um mit dem gewünschten Wirkstoffziel zu interagieren. Bei der zweiten Methode wird eine Verbindung entworfen, die mit dem Ziel interagieren kann. Dies erfordert die Berücksichtigung des chemischen Aufbaus der Verbindung und die Kenntnis, welche chemischen Gruppen die Verbindung möglicherweise benötigt, um mit dem Arzneimitteltarget interagieren zu können.
Das erste Medikament, das unter Verwendung eines rationalen Medikamentendesigns entwickelt wurde, war ein antivirales Medikament namens Relenza®. Dieses Medikament wurde entwickelt, um mit einem Influenza-Protein namens Neuraminidase zu interagieren. Ohne dieses Protein kann das Influenzavirus keine neuen Zellen infizieren. Daher kann die Behandlung mit dem Medikament die Dauer der Krankheit verkürzen. Andere rational konzipierte Medikamente umfassen HIV-Medikamente wie Ritonavir und Indinavir, die beide mit viralen Proteinen, sogenannten Proteasen, interagieren.