Co to jest racjonalne projektowanie leków?
Przez większą część historii nauk medycznych odkryto nowe leki poprzez proces prób i błędów lub po prostu przez zwykłe szczęście. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na nowe i bardziej skuteczne leki, nowa metoda opracowywania leków, zwana racjonalnym projektowaniem leków, zaczęła zastępować stare metody. W racjonalnym projektowaniu leków biologicznie aktywne związki są specjalnie zaprojektowane lub wybrane do pracy z określonym celem leku. Racjonalne projektowanie leków często wymaga użycia oprogramowania do projektowania molekularnego, którego naukowcy używają do tworzenia trójwymiarowych modeli leków i ich biologicznych celów. Z tego powodu proces ten znany jest również jako komputerowe projektowanie leków.
Cel leku lub cel biologiczny jest zwykle jednym z dwóch rodzajów. Pierwszy typ to cząsteczka w ludzkim ciele, która powoduje chorobę, gdy jest w jakiś sposób uszkodzona. Drugi to cząsteczka z mikroorganizmu chorobotwórczego. Opracowywanie leków obejmuje odkrywanie lub projektowanie nowych związków chemicznych, które oddziałują z tymi celami w korzystny sposób, na przykład poprzez interakcję z cholesterolem w celu usunięcia go z organizmu lub interakcję z wirusem, aby spowodować jego śmierć.
Starsze metody opracowywania nowych leków mają kilka wad, które sprawiają, że odkrywanie leków jest drogim biznesem. Najłatwiejszą i najszybszą metodą opracowania nowego leku jest po prostu odkrycie, poprzez zwykłe szczęście, że pewien związek jest biologicznie aktywny w stosunku do docelowego leku. Być może najbardziej znanym takim incydentem było odkrycie penicyliny przez Aleksandra Fleminga w 1928 r. Mikrobiolog odkrył pierwszy antybiotyk, gdy niektóre kultury bakteryjne, z którymi pracował, zostały skażone grzybem bakteriobójczym. Oczywiście tego rodzaju przypadkowe odkrycie nie zdarza się bardzo często, a szczęście nie jest czymś, na czym firmy farmaceutyczne polegają przy opracowywaniu nowych leków.
Najczęstszą metodą stosowaną do opracowywania nowych leków jest długi proces na dużą skalę, zwany kombinatorycznym przeszukiwaniem bibliotek. W tym procesie powstaje duża liczba związków chemicznych, które są następnie badane pod kątem aktywności biologicznej. Jeśli dany związek wykazuje oznaki interakcji z celem biologicznym, otrzymuje dalszą uwagę i może zostać przekształcony w nowy lek. Proces ten może zająć wiele lat i ogromne kwoty pieniędzy, a nawet pod koniec okresu opracowywania lek może nie być wystarczająco skuteczny lub bezpieczny dla ludzi.
Racjonalne projektowanie leku to usprawniony proces, który wymaga starannego rozważenia celu leku, a także samego leku. Ta metoda projektowania leków wykorzystuje specjalny sprzęt do badania trójwymiarowej struktury celu leku, a następnie znalezienia związku, który może oddziaływać z celem. Racjonalne projektowanie leków wymaga zatem znacznej wiedzy na temat chemii i biologii, ponieważ interakcje chemiczne między lekami a ich celami decydują o tym, czy lek jest biologicznie aktywny.
Związki można zlokalizować do testowania na dwa sposoby. Pierwszy dotyczy zastosowania kombinatorycznego przeszukiwania bibliotek. W tym przypadku proces jest jednak usprawniony, ponieważ badacze stosujący racjonalne metody projektowania leków przeszukają bibliotekę pod kątem związków o kształcie, który jest wystarczająco specyficzny, aby oddziaływać z docelowym lekiem. Druga metoda polega na rzeczywistym zaprojektowaniu związku, który może oddziaływać z celem. Wymaga to rozważenia składu chemicznego związku i wiedzy o tym, jakich grup chemicznych może wymagać związek, aby móc oddziaływać z celem leku.
Pierwszym lekiem opracowanym przy użyciu procesu racjonalnego projektowania leku był lek przeciwwirusowy o nazwie Relenza®. Ten lek został zaprojektowany do interakcji z białkiem grypy zwanym neuraminidazą. Bez tego białka wirus grypy nie może zainfekować nowych komórek; dlatego leczenie lekiem może skrócić czas trwania choroby. Inne racjonalnie zaprojektowane leki obejmują leki na HIV, takie jak rytonawir i indynawir, oba oddziałujące z białkami wirusowymi zwanymi proteazami.