Neue Medikamente oft scheitern, weil sie unerwünschte Nebenwirkungen verursachen. ETH -Forscher haben Simulationssoftware , die die Eigenschaften von Wirkstoffen vorhersagt und praktisch baut neue entwickelt. Die Software- Suchprozess nach dem Verhalten von Ameisen modelliert.
Der Weg zur Entwicklung neuer Medikamente ist lang . Zum Beispiel ein bestimmtes Protein , das eine Schlüsselrolle bei einer Krankheit beteiligt ist - - Wenn ein Ziel für einen neuen Wirkstoff identifiziert aktives Molekül, das an das Target bindet muss dann entwickelt werden. Pharmaunternehmen Schleppnetz durch ihre Sammlungen von Chemikalien für die Stoffe, die auf dem Zielprotein in der gewünschten Weise zu handeln. Diese Verbindungen sind oft nur der Ausgangspunkt für einen langen Prozess der Anpassung und Prüfung. Chemiker verwenden Computersimulationen , neue Moleküle zu entwerfen, um innovative Verbindungen mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten; aber die Nebenwirkungen oft ans Licht , nachdem der Wirkstoff hat nur während der klinischen Studien wurden synthetisiert und getestet , und im schlimmsten Fall .
Bisher hat sich die Vorhersage von Nebenwirkungen unter Verwendung eines Computers wurde begrenzt . "Unser Ziel ist es, Probleme so früh wie möglich zu erkennen und zu synthetisieren, nur die vielversprechendsten Wirkstoffe ", erklärt Gisbert Schneider , Professor für computergestützte Wirkstoffdesign am Institut für Pharmazeutische Wissenschaften der ETH Zürich . Viele potenzielle Kandidaten , die unerwünschte Wirkungen haben beweisen können so schnell beseitigt werden.
Effektive prädiktive Modul
Schneiders Forscherteam hat ein Simulationsmodul , das mögliche Zielaktivitäten der wirkstoffähnlichen Molekülen schneller und präziser als die bisherigen Programme vorhersagen kann entwickelt. Der Algorithmus prüft die Wechselwirkung eines Moleküls mit bis zu 640 menschlichen Proteinen in nur wenigen Minuten. "Das ist derzeit die effektivste prädiktive Modul in Existenz ", sagt Schneider . Ein Versuch mit einem Lauf Cholesterin senkendes Mittel , Fenofibrat , das eine Reihe von Nebenwirkungen besitzt , zeigten alle bekannten Wechselwirkungen mit unspezifischen Targets, sowie einige bisher nicht bekannt. Einige der ungeklärten Nebenwirkungen des Arzneimittels könnte letzterer zurückzuführen.
Allerdings ist das Computer-Modul in der Lage, noch mehr : Es verbindet molekulare Bausteine aus einem virtuellen Gebäude , neue chemische Einheiten vor. Es überprüft auch die Wechselwirkungen dieser mit den 640 menschlichen Proteinen und schlägt vor, die beste Modulkombination .
Im Anschluss an die Duftmarke
Damit die Software für neue Verbundmittel zu suchen, verwendet das Forschungsteam eine Ameisenalgorithmus. Wie eine Ameisenkolonie auf der Suche nach Nahrung, die Algorithmus-Bildschirme durch die molekulare Bausteine für Bauteile mit den gewünschten Eigenschaften. Je nach Stärke der erwünschten und unerwünschten Wirkungen der virtuellen Produkten erhalten die Bausteine eine "Klasse". In der Ameisenwelt, würden es markiert den Weg zum Essen mit Pheromonen gleichzusetzen. Im nächsten Schritt werden die Komponenten kombiniert und die Eigenschaften überprüft. In dem Verfahren kann ein Baustein, der einen hohen Grad zu Beginn erhalten aus der kurzen Liste fallen, weil es zu viele vorhergesagt könnte in Kombination mit einem anderen Baustein schädliche Wirkungen haben. Die "Duftmarke" der Ameise Algorithmus verblasst in diesem Fall während der "Duftmarke" für eine bessere Block Kombination mit jeder virtuellen Verbindung Schritt erhöht. Am Ende der Algorithmus - wie die Ameisen - findet den schnellsten oder besten Weg zum Ziel durch adaptive Versuch und Irrtum.
" Ant -Algorithmen werden in der Robotertechnik für die Optimierung der Fertigungsprozesse eingesetzt, beispielsweise , aber haben wir nun über den Trick , um Wirkstoffforschung ", sagt Schneider . Da nicht nur eine Ameise , sondern eine ganze Kolonie von Ameisen sucht den Weg - in diesem Fall zahlreiche parallel und miteinander in Verbindung stehenden Suchprozesse - das Simulationsmodul entwirft neue Wirkstoffe innerhalb von Minuten und schlägt vor, die notwendigen chemischen Syntheseschritte . " Was früher dauerte bis zu zwei Wochen kann nun an einem Tag auf die neue Software durchgeführt werden , danke." In einem nächsten Schritt will Schneiders Team das Computermodul zu einem SyntheseroboterVerbindung vollständig zu automatisieren den Entwurf und die anschließende Synthese .
Nach Schneider in Zukunft kann es möglich sein, nicht nur die Suche nach der besten Wirkstoffs für eine bestimmte Krankheit , sondern um Medikamente für den einzelnen Patienten zu entwickeln. "Wenn wir den Algorithmus zusätzliche Informationen , wie zum Beispiel , was Protein Welt des Patienten aussieht geben könnte , könnte es zu berechnen , um die Wechselwirkungen für diese bestimmte Patienten zu erwarten. " Eine geeignete Wirkstoff ausgewählt werden könnte , und der Patient mit möglichst wenig Nebenwirkungen wie möglich behandelt .