Phương pháp mới khám phá thuốc cho những liệu pháp điều trị hiệu quả

Quá trình này trước đây chủ yếu thực hiện thủ công trong phòng thí nghiệm, đòi hỏi nguồn lực lớn và mất nhiều thời gian.

Rút ra từ một nhóm hàng trăm nghìn khối cơ bản hóa học, được gọi là synthon, các nhà hóa học đầu tiên sử dụng các phản ứng đơn giản và có độ tin cậy cao, được mô phỏng hóa kết hợp 2 hoặc 3 synthon vào cùng nhau, tạo ra nhiều tỷ phân tử có hình dạng và đặc tính hóa học bất kỳ.

Bằng cách này, các nhà hóa học tạo ra những danh mục ảo các hợp chất "sẵn có để tổng hợp", được gọi là "REAL Space" nhiều khả năng có những phân tử có độ phù hợp ban đầu hiệu quả với protein mục tiêu.

Việc sử dụng những công cụ tính toán hiện đại rà soát khối lượng khoảng 20 tỷ phân tử ảo, và tiếp tục phát triển nhanh chóng rất khó khăn và tốn kém cho quá trình khám phá thuốc.

Phương pháp mới, được đặt tên là "V-SYNTHES" chỉ cần thời gian ngắn và một phần tài nguyên máy tính so với những thuật toán khác, sàng lọc ảo các thư viện REAL Space.

V-SYNTHES sàng lọc qua thư viện tổng hợp nhỏ,  tìm kiếm những phân tử phù hợp với một phần nhóm mục tiêu đặt ra đối với protein.

Nhóm các phân tử có kết quả phù hợp ở một phần mục tiêu sau đó được kết hợp với các synthons khác, phù hợp với những phần còn lại của nhóm mục tiêu với protein.

Lặp lại nhiều lần quá trình này, cắt ghép các synthons khác cho phép các nhà khoa học xây dựng những phân tử hoàn chỉnh và từng bước kiểm tra độ phù hợp với nhóm mục tiêu. Phương pháp này khiến quy trình khám phá các loại thuốc hiệu quả, đơn giản và dễ dàng hơn.

Để kiểm tra V-SYNTHES, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm khám phá thuốc nhằm vào các thụ thể cannabinoid.

Thụ thể cannabinoid trong cơ thể có vai trò trung gian cho tác động của cần sa, nhưng cũng là mục tiêu chính để giảm đau và liên quan đến các bệnh ung thư, đa xơ cứng, bệnh Alzheimer và Parkinson.

Sàng lọc dữ liệu các thư viện tổng hợp do công ty hóa chất Enamine phát triển, V-SYNTHES đạt được kết quả nhanh hơn 5.000 lần so với những thuật toán tiêu chuẩn, sử dụng trong tìm kiếm các phân tử tương tự thuốc, tác động có chọn lọc mục tiêu lên các thụ thể cannabinoid.

Những ứng viên thuốc được dự đoán, sau khi tổng hợp và kiểm tra trong phòng thí nghiệm, có khả năng liên kết và ức chế hiệu quả các thụ thể cannabinoid cao gấp đôi so với các ứng viên tổ hợp hóa học, do các thuật toán tìm kiếm tiêu chuẩn đề xuất.

Lặp lại sàng lọc các phân tử, được xác định ở vòng đánh đầu tiên, phòng thí nghiệm Katritch xác định được những phân tử mạnh nhất, có thể sử dụng trong môi trường lâm sàng. Theo PGS Katritch, V-SYNTHES tăng gấp đôi tỷ lệ thành công và cho phép lựa chọn những ứng viên thuốc hiệu quả trong lâm sàng.

Nhóm nghiên cứu Katritch hiện đang hợp tác với Nicos Petasis, GS hóa học và dược học tại USC Dornsife để thử nghiệm V-SYNTHES, sử dụng một protein mục tiêu quan trọng, được gọi là ROCK1, tìm những ứng viên thuốc điều trị ung thư.

Thư viện REAL Space tăng lên 21 tỷ hợp chất chỉ với 2 hoặc 3 synthon và con số này tiếp tục bùng nổ khi mở rộng xây dựng các phân tử bằng 4 hoặc 5 synthon, khiến quy trình khám phá thuốc phải có khả năng thu hẹp những lựa chọn nhanh chóng và hiệu quả để tìm ra những ứng cử viên thuốc khả thi, đây cũng là mục đích phát triển V-SYNTHES.

V-SYNTHES có thể được ứng dụng trong ngành công nghệ sinh học và dược phẩm, giúp tìm kiếm các loại thuốc hợp lý, mang lại hiệu quả cao nhất cho những bệnh nhân cần các liệu pháp điều trị mới và tốt hơn.