Ученые лаборатории компьютерного моделирования лекарственных средств Южно-Уральского государственного университета помогают ускорить процесс создания и улучшить лекарственную формулу многих жизненно важных препаратов, устранить их токсичность и тяжелые побочные эффекты. Достичь этого помогает новый метод компьютерной диагностики молекулы не только снаружи, но и изнутри.
Лекарства без побочных эффектов
Руководитель лаборатории компьютерного моделирования лекарственных средств ЮУрГУ, созданной в рамках Проекта 5-100, Владимир Потемкин, кандидат химических наук, занимается исследованием лекарственных средств и их биологической активности. Уникальность научной лаборатории состоит в том, что ученые имеют возможность комплексно осуществлять весь цикл моделирования новых лекарственных средств.
«Дело в том, что общемировая проблема фармацевтической отрасли – это высокая токсичность и аллергенность многих даже очень качественных лекарств. А разработка нового лекарственного средства – это очень длительный и дорогостоящий процесс. Обычно в мировой практике на создание одного лекарства традиционным методом подбора уходит 12 лет и до миллиарда долларов», – рассказывает Владимир Потемкин.
Идея исследователей Южно-Уральского государственного университета состоит в том, чтобы создать новые методы прогноза лекарственных средств, что поможет сократить процесс минимум на два года. Исследования проводятся с применением уникального программного обеспечения, которое создано научными сотрудниками лаборатории компьютерного моделирования лекарственных средств ЮУрГУ.
Изучение молекул снаружи и внутри
«Еще 10 лет назад нами был предложен метод разработки новых лекарств, который мы назвали «Башмачок Золушки» (Cinderella’s Shoe) — идея состоит в том, что мы создаем комплементарное поле, и молекула должна хорошо вписываться в это поле. Таким образом можно моделировать будущие препараты и их биологический эффект. Это может быть использовано для дальнейшего виртуального скрининга потенциальных лекарственных средств», – объясняет Владимир Александрович.
Данный метод предполагал оценку молекулы по внешним признакам, т.е. анализ молекулярного интериора. Но наличие тех или иных свойств определяется также и внутренним содержанием. Поэтому учёные Южно-Уральского государственного университета пошли дальше и предложили сеточные методы оценки молекулярного интериора, которые позволяют анализировать внутреннюю структуру молекулы и ее взаимосвязь с биологической активностью.
«Мы разработали новые методы рационального конструирования лекарств. Эти уникальные методы основаны на замене антифармакофорных атомов молекул, которые блокируют терапевтическое действие, новыми атомами, увеличивая приращения биологической активности. Найденные закономерности заносятся в программу, которая в дальнейшем использует их для прогноза новых лекарств. Это позволяет получить более эффективный препарат», – утверждает руководитель лаборатории.
Полученные учеными Южно-Уральского государственного университета результаты представлены в одной из последних статей «Сеточные методы оценки молекулярного интериора», вышедшей в высокорейтинговом научном журнале Current Medicinal Chemistry, входящем в наукометрическую базу Scopus (Q2).
Уникальная программа для создания новых лекарств
Программное обеспечение, разработанное в лаборатории компьютерного моделирования лекарственных средств ЮУрГУ, представлено на сайте www.chemosophia.com. Оно позволяет определять взаимосвязи между биологической активностью и параметрами структуры вещества и на основании полученных закономерностей выполнять дизайн новых лекарственных препаратов.
«Благодаря современной вычислительной технике и некоторым оригинальным идеям процесс анализа происходит очень быстро. Нашей командой созданы уникальные аналитические методы интегрирования, чего раньше не было, и создан квантовый свободноорбитальный подход. В отличие от традиционных квантовых методов, которые сутками могут считать одну молекулу, у нас в рамках этого подхода даже белки считаются в течение минут», – подчеркивает Владимир Потемкин.
Сотрудничество с международными лабораториями
Полученную виртуально формулу вещества, которое может быть эффективно при лечение какого-либо заболевания, необходимо синтезировать. Для этого ученые ЮУрГУ в данный момент сотрудничают с Университетом Дели (Индия). Руководители двух групп химиков-синтетиков Д-р. Бриджеш Ратхи и Др. Пуунам являются по совместительству сотрудниками лаборатории компьютерного моделирования лекарственных средств ЮУрГУ. Уже есть положительные результаты. Например, удалось создать противомалярийные средства, которые показали высокую активность in vitro.
Тесное сотрудничество ведется c лабораторией геномных и постгеномных исследований в Южной Африке, в которой разрабатывают лекарства не против последствий, а против их причины. Также исследования биологической активности проводятся совместно с Центром Гемгольца (Германия). В планах на будущее моделирование комплексов ферментов с лекарственными средствами. Так как методы, разработанные учеными ЮУрГУ позволяют исследовать электронные свойства систем ферментов лекарственных средств в отличие от любого мирового метода.