A közös kutatás a Fujitsu kismolekulák tervezését és értékelését támogató technológiáját alkalmazza. A számítógép alapú rendszer új kémiai szerkezeteket hoz létre, és előre jelzi, mennyire lennének hatásosak gyógyszerjelöltként. A megoldás továbbfejlesztett képességeket kínál a gyógyszerjelölt molekuláris vegyületek megtervezéséhez, a biokémiai vizsgálatokra jellemző, más módszerekkel nehezen elérhető magas szintű pontossággal. Másik előnye, hogy alkalmas a fehérjéket és egyes betegségek okozásában játszott szerepüket értékelő szimulációkra. A Fujitsu és az RCAST három éven belül új, információtechnológia alapú gyógyszerkutatási eljárást dolgozzon ki.
Az IT-alapú gyógyszerkutatásról
Az emberi test sokféle fehérjéből épül fel, és a fehérjék közötti kölcsönhatás tartja fenn az emberi életet. A fehérjék közötti egyensúly megbomlása esetén betegség alakul ki. A gyógyszerek rendeltetése, hogy szabályozzák a konkrét betegségeket okozó fehérjék működését, helyreállítva ezzel a szervezet normál egyensúlyát. Ennek megfelelően a gyógyszerkutatáshoz mindenekelőtt azonosítani kell az adott betegséget okozó fehérjét, majd pedig meg kell tervezni és szintetizálni kell a célfehérje módosítására képes vegyületet. Ezután következhet az eredmények ellenőrzése.
Az IT-alapú gyógyszerkutatásnál szimulációs technológiát használnak az azonosított célfehérje szerkezetére ható vegyületstruktúra számítógépen történő virtuális megtervezéséhez, ami lehetővé teszi a rendkívül hatásos, új vegyületek olcsó és gyors generálását. A hagyományos technológiával nehezen utánozható a beteg szervezetében a gyógyszerbeadás után kialakuló környezet. A Fujitsu technológiája és a fejlett számítógépes teljesítmény azonban ma már alkalmas az ilyen szimulációk végrehajtására. Várhatóan az új, IT-alapú technológia lesz az a következő nemzedékű gyógyszerkutatási módszer, amellyel rövid időn belül, olcsón készíthetők rendkívül hatásos, új vegyületek.
Kismolekulás vegyületek
A kismolekulás vegyületek olyan kis molekulatömegű vegyületek, amelyek nagy valószínűséggel alkalmasak arra, hogy gyógyszerjelöltek legyenek. A legtöbb kereskedelmi forgalomban kapható gyógyszer olyan kismolekulát tartalmaz, amelyet kémiai szintézis útján, gazdaságosan lehet nagy tömegben előállítani. A kismolekuláknak különféle kémiai szerkezete lehet, ezért az új IT-alapú gyógyszerkutatási technológia lehetőséget teremt a konkrét betegségeket okozó fehérjéket válogatottan megcélzó, áttörő hatású gyógyszerek fejlesztésére.
A kutatási együttműködés héttere
Az RCAST tavaly telepített egy Fujitsu Primergy BX922 pengeszerverekből álló (3600 processzormagos) fürtözött szuperszámítógépet. Az intézet a kiújult, áttétes daganatos megbetegedések antitest-gyógyszereinek fejlesztésére használja a rendszert. A molekuláris dinamika szuperszámítógépes szimulációja révén az RCAST szisztematikusan megtervezi az antitest gyógyszert, és korábban elképzelhetetlen mélységben vizsgálhatja molekuláris szinten a biológiai dinamikát. A Fujitsu már több mint 20 éve fejleszt és értékesít számítógépes kémiai szoftvereket.
Műszaki kihívások
A hagyományos gyógyszerkutatási folyamatban a vegyészek saját tapasztalatukra és tudásukra támaszkodnak. Ennek alapján választják ki a gyógyszerjelölt kismolekulás vegyületek közül azokat, amelyek a legnagyobb valószínűséggel lesznek hatásosak, és ezt követően biokémiai vizsgálatok útján fejlesztik ki a tényleges gyógyszert. Még az IT-alapú gyógyszerkutatásnál is rendkívül nehéz elvégezni az összes potenciális gyógyszerjelölt kismolekulás vegyület validálását, amelyek száma legalább 1030. Ezért a keresés előtt számítógépes szűrést végeznek. Ideális esetben a szűréshez a lehető legpontosabban replikálni kellene az emberi test biológiai környezetét, ám a jelenlegi szűrési módszerek erre nem alkalmasak. Ez pedig megkérdőjelezi az eredmények megbízhatóságát. Ráadásul, mivel a meglévő vegyületek finomításával generált kémiai szerkezetek nagyon hasonlóak a korábbi vegyületekhez, mindeddig rendkívül időigényes volt a teljesen új kémiai struktúrával rendelkező, hatásos gyógyszerek fejlesztése.
Ha valaki nem tudná…
Kismolekulás tervezési és értékelési technológia
Technológia a konkrét betegségeket feltehetően okozó fehérjék aktivitását gátló kismolekulás vegyületek tervezésére. A kismolekulás vegyületek hatásosan (alacsony szintű toxicitással) és szelektíven (kevesebb mellékhatással) blokkolják a fehérjék működését. Ezzel a technológiával a tényleges klinikai kísérletekével azonos pontossággal lehet előre jelezni a gyógyszer hatásosságát.
Molekuláris dinamika
Technika, amely a molekulát alkotó atomok közötti funkcionális erőt adott időszakon keresztül kiszámítva méri az anyag alakváltozatait vagy energiavolumenét. A nagy molekulatömegű, sokféle fehérjét tartalmazó emberi szervezet pontos vizsgálatához nagy teljesítményű szuperszámítógépre van szükség, mivel az atomok számától függően exponenciálisan növekszik a számítási volumen.