Челябинские ученые придумали новый метод моделирования лекарств
13 Мая 2019
Фото: официальный сайт ЮУрГУ
Ноу-хау позволит на два года ускорить создание медицинских препаратов.
«Башмачок Золушки»
Три года назад «ЮП» писала о прорывном открытии челябинских ученых, которые разработали IT-технологию, в десятки раз ускоряющую создание лекарств с заранее заданными свойствами. Авторы воспользовались выдвинутой еще Нильсом Бором идеей комплементарности: наилучшее лекарство должно подходить ферментам и рецепторам в организме человека. Это такой виртуальный аналог препарата, к которому можно «примерять» будущие лекарства, моделируя их лечебные свойства. Открытие назвали «Башмачок Золушки».
Теперь ученые пошли дальше и применили так называемые сеточные методы оценки молекулярного интериора — внутреннего строения молекулы, позволяющие исследовать ее структуру и влияние на организм. О результатах исследований они рассказали в статье, недавно опубликованной в высокорейтинговом научном журнале Current Medicinal Chemistry, входящем в наукометрическую базу Scopus.
«Главная особенность разработанных нами новых методов конструирования лекарств — замена в молекуле атомов, блокирующих терапевтическое действие, другими, способствующими излечению, — говорит руководитель лаборатории компьютерного моделирования лекарственных средств ЮУрГУ Владимир Потемкин. — Результаты заносим в программу, которая их использует для прогнозирования свойств будущих лекарств.
Для этого исследователи применили метод виртуального дизайна — создание молекулы, которую как бы вкладывают в атомарное поле «Башмачка Золушки». Если она впору, можно создавать новое лекарство, тестировать и проводить клинические испытания.
Сегодня на создание новых лекарств уходит около 10-12 лет, а компьютерное моделирование, по расчетам, ускорит этот процесс минимум на два года. В разы снизятся и расходы на создание препаратов, на каждый из которых уходит в среднем миллиард долларов.
Лекарства, которые не калечат
Не менее ценное преимущество «Башмачка Золушки» — устранение токсичности и тяжелых побочных эффектов лекарств.
«Одна из главных проблем фармации — это высокая токсичность и аллергенность лекарств, — отмечает Владимир Потемкин. — Они что-то лечат, а другое калечат. Избежать этого во многом поможет наш метод компьютерной диагностики свойств молекулы, которую можно изучать и снаружи, и изнутри. Идея в моделировании этих свойств, прогнозировании поведения лекарственных средств. Добавлю, что исследования мы проводим с применением уникального программного обеспечения, разработанного научными сотрудниками нашей лаборатории. С его помощью можно выявлять взаимосвязи между биологической активностью и молекулярной структурой лекарств, их закономерности и, как из кирпичиков, выстраивать из отдельных элементов будущие медпрепараты.
По словам Владимира Потемкина, в лаборатории компьютерного моделирования лекарств разработаны уникальные аналитические методы интегрирования, к примеру, квантовый свободно-орбитальный подход.
«В отличие от традиционных квантовых методов, при которых на считывание молекулярных данных уходит несколько дней, мы можем даже гигантскую молекулу белка исследовать всего за несколько минут», — сообщил ученый.
В лаборатории не только моделируют виртуальные формулы, но и синтезируют лекарства. Для этого ученые сотрудничают с коллегами из Делийского университета Индии, и уже получены обнадеживающие результаты. К примеру, созданы противомалярийные средства с очень ценными лечебными свойствами.
«Кроме того, сотрудничаем с лабораторией геномных и постгеномных исследований в ЮАР, где создают лекарства не против последствий, а для предупреждения причин болезней, — подытожил Владимир Потемкин. — Также совместно с немецким Центром Гемгольца проводим исследования биоактивности медпрепаратов. Планируем проводить и комплексное виртуальное моделирование ферментов и лекарств, исследовать электронные свойства лекарственно-ферментных систем, от взаимодействия которых во многом зависит излечение от болезней».
Три года назад «ЮП» писала о прорывном открытии челябинских ученых, которые разработали IT-технологию, в десятки раз ускоряющую создание лекарств с заранее заданными свойствами. Авторы воспользовались выдвинутой еще Нильсом Бором идеей комплементарности: наилучшее лекарство должно подходить ферментам и рецепторам в организме человека. Это такой виртуальный аналог препарата, к которому можно «примерять» будущие лекарства, моделируя их лечебные свойства. Открытие назвали «Башмачок Золушки».
Теперь ученые пошли дальше и применили так называемые сеточные методы оценки молекулярного интериора — внутреннего строения молекулы, позволяющие исследовать ее структуру и влияние на организм. О результатах исследований они рассказали в статье, недавно опубликованной в высокорейтинговом научном журнале Current Medicinal Chemistry, входящем в наукометрическую базу Scopus.
«Главная особенность разработанных нами новых методов конструирования лекарств — замена в молекуле атомов, блокирующих терапевтическое действие, другими, способствующими излечению, — говорит руководитель лаборатории компьютерного моделирования лекарственных средств ЮУрГУ Владимир Потемкин. — Результаты заносим в программу, которая их использует для прогнозирования свойств будущих лекарств.
Для этого исследователи применили метод виртуального дизайна — создание молекулы, которую как бы вкладывают в атомарное поле «Башмачка Золушки». Если она впору, можно создавать новое лекарство, тестировать и проводить клинические испытания.
Сегодня на создание новых лекарств уходит около 10-12 лет, а компьютерное моделирование, по расчетам, ускорит этот процесс минимум на два года. В разы снизятся и расходы на создание препаратов, на каждый из которых уходит в среднем миллиард долларов.
Лекарства, которые не калечат
Не менее ценное преимущество «Башмачка Золушки» — устранение токсичности и тяжелых побочных эффектов лекарств.
«Одна из главных проблем фармации — это высокая токсичность и аллергенность лекарств, — отмечает Владимир Потемкин. — Они что-то лечат, а другое калечат. Избежать этого во многом поможет наш метод компьютерной диагностики свойств молекулы, которую можно изучать и снаружи, и изнутри. Идея в моделировании этих свойств, прогнозировании поведения лекарственных средств. Добавлю, что исследования мы проводим с применением уникального программного обеспечения, разработанного научными сотрудниками нашей лаборатории. С его помощью можно выявлять взаимосвязи между биологической активностью и молекулярной структурой лекарств, их закономерности и, как из кирпичиков, выстраивать из отдельных элементов будущие медпрепараты.
По словам Владимира Потемкина, в лаборатории компьютерного моделирования лекарств разработаны уникальные аналитические методы интегрирования, к примеру, квантовый свободно-орбитальный подход.
«В отличие от традиционных квантовых методов, при которых на считывание молекулярных данных уходит несколько дней, мы можем даже гигантскую молекулу белка исследовать всего за несколько минут», — сообщил ученый.
В лаборатории не только моделируют виртуальные формулы, но и синтезируют лекарства. Для этого ученые сотрудничают с коллегами из Делийского университета Индии, и уже получены обнадеживающие результаты. К примеру, созданы противомалярийные средства с очень ценными лечебными свойствами.
«Кроме того, сотрудничаем с лабораторией геномных и постгеномных исследований в ЮАР, где создают лекарства не против последствий, а для предупреждения причин болезней, — подытожил Владимир Потемкин. — Также совместно с немецким Центром Гемгольца проводим исследования биоактивности медпрепаратов. Планируем проводить и комплексное виртуальное моделирование ферментов и лекарств, исследовать электронные свойства лекарственно-ферментных систем, от взаимодействия которых во многом зависит излечение от болезней».
Поделиться
