Hva er rasjonell medikamentdesign?

Gjennom det meste av medisinvitenskapens historie har nye medisiner blitt oppdaget gjennom en prosess med prøving og feiling eller bare gjennom ren hell. Etter hvert som etterspørselen etter nye og mer effektive medisiner har økt, har en ny metode for medikamentutvikling kalt rasjonell medikamentdesign begynt å erstatte de gamle metodene. I rasjonell legemiddeldesign er biologisk aktive forbindelser spesielt designet eller valgt for å arbeide med et bestemt medikamentmål. Rasjonell medikamentdesign involverer ofte bruken av molekylær designprogramvare, som forskere bruker for å lage tredimensjonale modeller av medikamenter og deres biologiske mål. Av denne grunn er prosessen også kjent som datastyrt medikamentdesign.

Et legemiddelmål, eller biologisk mål, er vanligvis en av to typer. Den første typen er et molekyl i menneskekroppen som forårsaker sykdom når den er mangelfull på en eller annen måte. Det andre er et molekyl fra en sykdomsfremkallende mikroorganisme. Legemiddelutvikling innebærer å oppdage eller designe nye kjemiske forbindelser som samhandler med disse målene på en gunstig måte, for eksempel ved å samhandle med kolesterol for å fjerne det fra kroppen eller ved å samhandle med et virus for å forårsake dets død.

Eldre metoder for å utvikle nye medisiner har flere mangler som gjør medisinfunn til en kostbar virksomhet. Den enkleste og raskeste metoden for å utvikle et nytt medikament er ganske enkelt å oppdage, gjennom ren hell, at en viss forbindelse er biologisk aktiv mot et medikamentmål av interesse. Den kanskje mest kjente slike hendelsen var oppdagelsen av penicillin av Alexander Fleming i 1928. Mikrobiologen oppdaget det første antibiotikumet da noen bakteriekulturer han jobbet med ble forurenset av en bakteriedrepende sopp. Selvfølgelig skjer ikke denne typen sjanseoppdagelser veldig ofte, og flaks er ikke noe som legemiddelfirmaer stoler på for utvikling av nye medisiner.

Den vanligste metoden som brukes for å utvikle nye medisiner er en langvarig prosess som kalles kombinatorisk bibliotekscreening. I denne prosessen lages store antall kjemiske forbindelser og screenes deretter for biologisk aktivitet. Hvis en gitt forbindelse viser tegn til interaksjon med et biologisk mål, får den ytterligere oppmerksomhet og kan utvikles til et nytt medikament. Denne prosessen kan ta mange år og enorme mengder penger, og selv ved slutten av utviklingsperioden kan stoffet kanskje ikke være effektivt nok eller trygt nok til bruk for mennesker.

Rasjonell legemiddeldesign er en mer strømlinjeformet prosess som krever nøye vurdering av målet for stoffet så vel som selve stoffet. Denne metoden for medikamentdesign bruker spesialutstyr for å undersøke den tredimensjonale strukturen til et medikamentmål og deretter finne en forbindelse som kan samhandle med målet. Rasjonell legemiddeldesign krever derfor betydelig kunnskap om kjemi og biologi, fordi kjemiske interaksjoner mellom medisiner og deres mål er det som avgjør om et legemiddel er biologisk aktivt.

Forbindelser kan lokaliseres for testing på to måter. Den første involverer bruk av kombinatorisk bibliotekscreening. I dette tilfellet er prosessen imidlertid strømlinjeformet fordi forskere som bruker rasjonelle legemiddeldesigningsmetoder, vil screene biblioteket for forbindelser av en form som er spesifikke nok til å samhandle med legemålet som er av interesse. Den andre metoden innebærer faktisk utforming av en forbindelse som kan samhandle med målet. Dette krever vurdering av den kjemiske sammensetningen av forbindelsen og kunnskap om hvilke kjemiske grupper forbindelsen kan kreve for å være i stand til å samhandle med medikamentmålet.

Det første medikamentet som ble utviklet ved hjelp av en prosess med rasjonell medikamentdesign, var et antiviralt medikament kalt Relenza®. Dette stoffet ble designet for å samhandle med et influensaprotein kalt neuraminidase. Uten dette proteinet kan ikke influensavirus infisere nye celler; derfor kan behandling med stoffet forkorte sykdommens varighet. Andre rasjonelt utformede medisiner inkluderer hiv-medisiner som ritonavir og indinavir, som begge interagerer med virale proteiner kalt proteaser.