Драг-дизайн: как в современном мире создаются новые лекарства. Часть 1. - BioinforMatix.ru - портал по биоинформатике, имейджингу и биософту

Драг-дизайн: как   в  современном мире создаются новые лекарства. Часть 1.

Печать E-mail
Автор Чугунов Антон   
15.10.2008 г.
Статья дает базовое представление о том, как  в  современном мире создаются лекарства. Рассмотрены история драг-дизайна, основные понятия, термины и технологии, применяющиеся  в  этой сфере. Особое внимание уделено роли вычислительной техники  в  этом наукоемком процессе. Описаны методы поиска и валидации биологических мишеней для лекарственных препаратов, высокопроизводительный скрининг, процессы клинических и доклинических испытаний лекарств а также применение компьютерных алгоритмов.

 

Часть 1. Драг-дизайн: история

Индустрия направленного конструирования новых лекарственных препаратов, или, как этот процесс называют, калькируя с английского за неимением такого же короткого и удобного русского термина, драг-дизайн (drug — лекарственный препарат, design — проектирование, конструирование) — сравнительно молодая дисциплина, но все же не настолько молодая, как это принято считать.

<a href='http://www.bioinformatix.ru/bioinformatika/' target='_self'>Биоинформатика</a>:  Пол Эрлих, впервые выдвинувший гипотезу о существовании хеморецепторов и их возможного использования в медицине

Рис. 1 Пол Эрлих, впервые выдвинувший гипотезу о существовании хеморецепторов и их возможного использования  в  медицине. (Изображение из Национальной Библиотеки Медицины США).

К концу девятнадцатого века химия достигла значительной степени зрелости. Была открыта таблица Менделеева, разработана теория химической валентности, теория кислот и оснований, теория ароматических соединений. Этот несомненный прогресс дал толчок и медицине. Новые химические продукты — синтетические краски, производные смол, начали использоваться  в  медицине для дифференциального окрашивания биологических тканей.  В  1872-1874 годах  в  Страсбурге,  в  лаборатории известного анатома Вильгельма Валдеера, студент-медик Пол Эрлих, изучавший селективную окраску тканей, впервые выдвинул гипотезу о существовании хеморецепторов — специальных тканевых структур, специфически взаимодействующих с химическими веществами, и постулировал возможность использования этого феномена  в  терапии различных заболеваний. Позже,  в  1905 году, эта концепция была расширена Дж. Лэнгли, предложившим модель рецептора как генератора внутриклеточных биологических импульсов, который активируется агонистами и инактивируется антагонистами.

Этот момент можно считать рождением хемотерапии и новым витком  в  фармакологии, и  в  20-м веке это привело к беспрецедентному успеху  в  клинической медицине. Одним из самых громких достижений фармакологической промышленности 20-го века можно по праву назвать пенициллин, антибиотик, открытый  в  1929 году Александром Флемингом и исследованный впоследствии Чейном и Флори. Пенициллин, обладающий антибактериальным действием, сослужил человечеству незаменимую службу  в  годы Второй Мировой войны, сохранив жизни миллионам раненых.

Пораженные успехом пенициллина, многие фармацевтические компании открыли собственные микробиологические подразделения, возлагая на них надежды по открытию новых антибиотиков и других лекарств. Последовавшие успехи биохимии привели к тому, что стало возможным теоретически предсказывать удачные мишени для терапевтического воздействия, а также модификации химических структур лекарств, дающих новые соединения с новыми свойствами. Так, антибиотик сульфаниламид  в  результате ряда исследований дал начало целым семействам гипогликемических, диуретических и антигипертензивных препаратов. Драг-дизайн поднялся на качественно новый уровень, когда разработка новых лекарственных соединений стала не просто плодом работы воображения химиков, а результатом научного диалога между биологами и химиками.

Новый прорыв был связан с развитием молекулярной биологии, позволившей привлечь к разработкам информацию о геноме, клонировать гены, кодирующие терапевтически важные биологические мишени и экспрессировать их белковые продукты.

Завершение ознаменовавшего начало нового тысячелетия проекта «геном человека»,  в  результате которого была прочитана полная информация, содержащаяся  в  ДНК человека, явилось настоящим триумфом раздела биологической науки, получившей название «геномика». Геномика дает совершенно новый подход к поиску новых терапевтически важных мишеней, позволяя искать их непосредственно  в  нуклеотидном тексте генома.

Геном человека содержит 12000-14000 генов, кодирующих секретируемые белки. На данный момент  в  фармацевтической промышленности используется не более 500 мишеней. Существуют исследования, говорящие, что многие заболевания являются «мультифакторными», то есть обуславливаются дисфункцией не одного белка или гена, а 5-10 связанных между собой белков и кодирующих их генов. Исходя из этих соображений можно заключить, что количество исследуемых мишеней должно увеличиться минимум  в  5 раз.

Биохимическая классификация исследуемых  в  настоящее время биологических мишеней и их численное соотношение представлены на рисунке 2. Особо следует отметить, что бóльшую ( 60%) долю рецепторов составляют мембранные G-белок сопряженные рецепторы (GPCR, G-protein coupled receptors), а суммарный объем продаж лекарств, направленных на взаимодействие с ними, равняется 65 млрд. долл. ежегодно, и продолжает расти.

  

<a href='http://www.bioinformatix.ru/bioinformatika/' target='_self'>Биоинформатика</a>: Классификация молекулярных мишеней в современной фармацевтической индустрии, согласно биохимическому критерию

 

Рис. 2 Классификация молекулярных мишеней  в  современной фармацевтической индустрии, согласно биохимическому критерию.

 

Продолжение  в  следующей статье.

По материалам с сайта: biomolecula.ru

Читайте также:
Последнее обновление ( 06.04.2009 г. )
 
« Пред.   След. »