Wat is rationeel medicijnontwerp?
Gedurende het grootste deel van de geschiedenis van de medische wetenschap zijn nieuwe medicijnen ontdekt door een proces van vallen en opstaan of gewoon door puur geluk. Naarmate de vraag naar nieuwe en effectievere medicijnen is toegenomen, is een nieuwe methode voor medicijnontwikkeling, rationeel medicijnontwerp, begonnen de oude methoden te vervangen. Bij het rationeel ontwerpen van geneesmiddelen worden biologisch actieve verbindingen specifiek ontworpen of gekozen om met een bepaald geneesmiddeldoelwit te werken. Rationeel geneesmiddelenontwerp omvat vaak het gebruik van moleculaire ontwerpsoftware, die onderzoekers gebruiken om driedimensionale modellen van geneesmiddelen en hun biologische doelen te maken. Om deze reden is het proces ook bekend als computer-aided drug design.
Een geneesmiddeldoelwit of biologisch doelwit is meestal een van de twee typen. Het eerste type is een molecuul in het menselijk lichaam dat ziekte veroorzaakt wanneer het op de een of andere manier defect is. De tweede is een molecule van een ziekteveroorzakend micro-organisme. Geneesmiddelontwikkeling omvat het ontdekken of ontwerpen van nieuwe chemische verbindingen die op een gunstige manier met deze doelen omgaan, bijvoorbeeld door interactie met cholesterol om het uit het lichaam te verwijderen of door interactie met een virus om de dood te veroorzaken.
Oudere methoden voor het ontwikkelen van nieuwe medicijnen hebben verschillende gebreken die het ontdekken van medicijnen een dure zaak maken. De eenvoudigste en snelste methode om een nieuw medicijn te ontwikkelen, is eenvoudigweg door puur geluk te ontdekken dat een bepaalde stof biologisch actief is tegen een doelgericht medicijn. Misschien wel het beroemdste incident was de ontdekking van penicilline door Alexander Fleming in 1928. De microbioloog ontdekte het eerste antibioticum toen sommige bacterieculturen waarmee hij werkte, besmet raakten met een bacteriedodende schimmel. Natuurlijk gebeurt dit soort toevalsontdekking niet vaak, en geluk is niet iets waarop farmaceutische bedrijven vertrouwen voor de ontwikkeling van nieuwe medicijnen.
De meest gebruikte methode om nieuwe medicijnen te ontwikkelen is een langdurig, grootschalig proces dat screening op combinatoriële bibliotheken wordt genoemd. In dit proces worden grote aantallen chemische verbindingen gemaakt en vervolgens gescreend op biologische activiteit. Als een bepaalde verbinding tekenen vertoont van interactie met een biologisch doelwit, krijgt het meer aandacht en kan het worden ontwikkeld tot een nieuw medicijn. Dit proces kan echter vele jaren en enorme hoeveelheden geld kosten, en zelfs aan het einde van de ontwikkelingsperiode is het medicijn misschien niet effectief genoeg of veilig genoeg voor menselijk gebruik.
Rationeel medicijnontwerp is een meer gestroomlijnd proces dat een zorgvuldige afweging van het doelwit van het medicijn en het medicijn zelf vereist. Deze methode voor het ontwerpen van geneesmiddelen maakt gebruik van speciale apparatuur om de driedimensionale structuur van een geneesmiddeldoelwit te onderzoeken en vervolgens een verbinding te vinden die kan interageren met het doelwit. Rationeel medicijnontwerp vereist daarom aanzienlijke kennis van chemie en biologie, omdat chemische interacties tussen geneesmiddelen en hun doelen bepalen of een medicijn biologisch actief is.
Verbindingen kunnen op twee manieren worden getest. De eerste omvat het gebruik van screening van combinatoriële bibliotheken. In dit geval is het proces echter gestroomlijnd omdat onderzoekers die rationele methoden voor het ontwerpen van geneesmiddelen gebruiken, de bibliotheek zullen screenen op verbindingen met een vorm die specifiek genoeg is om te interageren met het beoogde doelwit van het geneesmiddel. De tweede methode omvat het eigenlijke ontwerp van een verbinding die kan interageren met het doelwit. Dit vereist overweging van de chemische samenstelling van de verbinding en kennis van welke chemische groepen de verbinding nodig zou kunnen hebben om te kunnen interageren met het geneesmiddeldoelwit.
Het eerste medicijn dat werd ontwikkeld met behulp van een rationeel medicijnontwerp was een antiviraal medicijn genaamd Relenza®. Dit medicijn is ontworpen om te interageren met een griepeiwit dat neuraminidase wordt genoemd. Zonder dit eiwit kan het influenzavirus geen nieuwe cellen infecteren; daarom kan behandeling met het medicijn de duur van de ziekte verkorten. Andere rationeel ontworpen medicijnen omvatten HIV-medicijnen zoals ritonavir en indinavir, die beide een interactie aangaan met virale eiwitten die proteasen worden genoemd.