Cos'è Rational Drug Design?
Durante la maggior parte della storia della scienza medica, nuovi farmaci sono stati scoperti attraverso un processo di tentativi ed errori o semplicemente per pura fortuna. Con l'aumentare della domanda di nuovi e più efficaci farmaci, un nuovo metodo di sviluppo dei farmaci chiamato design razionale dei farmaci ha iniziato a sostituire i vecchi metodi. Nella progettazione razionale dei farmaci, i composti biologicamente attivi sono specificamente progettati o scelti per lavorare con un determinato target di farmaci. La progettazione di farmaci razionali comporta spesso l'uso di software di progettazione molecolare, che i ricercatori utilizzano per creare modelli tridimensionali di farmaci e i loro obiettivi biologici. Per questo motivo, il processo è anche noto come progettazione di farmaci assistita da computer.
Un bersaglio di droga, o bersaglio biologico, è generalmente di due tipi. Il primo tipo è una molecola nel corpo umano che causa la malattia quando è in qualche modo difettosa. La seconda è una molecola proveniente da un microrganismo patogeno. Lo sviluppo di farmaci comporta la scoperta o la progettazione di nuovi composti chimici che interagiscono con questi obiettivi in modo benefico, ad esempio interagendo con il colesterolo per rimuoverlo dal corpo o interagendo con un virus per causarne la morte.
I vecchi metodi di sviluppo di nuovi farmaci hanno diversi difetti che rendono la scoperta dei farmaci un affare costoso. Il metodo più semplice e veloce per sviluppare un nuovo farmaco è semplicemente scoprire, per pura fortuna, che un determinato composto è biologicamente attivo contro un bersaglio farmacologico di interesse. Forse l'incidente più famoso fu la scoperta della penicillina da parte di Alexander Fleming nel 1928. Il microbiologo scoprì il primo antibiotico quando alcune colture batteriche con cui stava lavorando si contaminarono con un fungo battericida. Naturalmente, questo tipo di scoperta casuale non accade molto spesso e la fortuna non è qualcosa su cui le aziende farmaceutiche fanno affidamento per lo sviluppo di nuovi farmaci.
Il metodo più comune utilizzato per sviluppare nuovi farmaci è un lungo processo su larga scala chiamato screening della biblioteca combinatoria. In questo processo, vengono creati un gran numero di composti chimici e quindi sottoposti a screening per l'attività biologica. Se un dato composto mostra segni di interazione con un bersaglio biologico, riceve ulteriore attenzione e potrebbe essere sviluppato in un nuovo farmaco. Questo processo può richiedere molti anni e enormi quantità di denaro, tuttavia, e anche alla fine del periodo di sviluppo, il farmaco potrebbe non essere abbastanza efficace o abbastanza sicuro per l'uso umano.
La progettazione razionale del farmaco è un processo più snello che richiede un'attenta considerazione dell'obiettivo del farmaco e del farmaco stesso. Questo metodo di progettazione di farmaci utilizza attrezzature speciali per esaminare la struttura tridimensionale di un bersaglio di droga e quindi trovare un composto in grado di interagire con il bersaglio. La progettazione di farmaci razionali richiede quindi una conoscenza significativa della chimica e della biologia, poiché le interazioni chimiche tra farmaci e i loro obiettivi sono ciò che determina se un farmaco è biologicamente attivo.
I composti possono essere individuati per il test in due modi. Il primo riguarda l'uso della selezione combinatoria della biblioteca. In questo caso, tuttavia, il processo è semplificato perché i ricercatori che utilizzano metodi di progettazione di farmaci razionali selezioneranno la libreria alla ricerca di composti di una forma sufficientemente specifica per interagire con l'obiettivo di droga di interesse. Il secondo metodo prevede la progettazione effettiva di un composto in grado di interagire con il bersaglio. Ciò richiede la considerazione della composizione chimica del composto e la conoscenza di quali gruppi chimici il composto potrebbe richiedere per essere in grado di interagire con l'obiettivo del farmaco.
Il primo farmaco sviluppato utilizzando un processo di progettazione razionale del farmaco era un farmaco antivirale chiamato Relenza®. Questo farmaco è stato progettato per interagire con una proteina influenzale chiamata neuraminidasi. Senza questa proteina, il virus dell'influenza non può infettare nuove cellule; pertanto il trattamento con il farmaco può ridurre la durata della malattia. Altri farmaci progettati razionalmente includono farmaci per l'HIV come ritonavir e indinavir, entrambi i quali interagiscono con le proteine virali chiamate proteasi.