طراحی محاسباتی دارو و فناوری‌های نوین

گریزی بر طراحی محاسباتی دارو

طراحی محاسباتی دارو با استفاده از روش‌های نوین بیوانفورماتیکی، می‌تواند امکان انجام تحقیقات و انجام محاسبات In Silico، قبل از مرحله آزمایشگاهی را فراهم کند. این رویکرد به دلیل اینکه باعث افزایش سرعت و کاهش هزینه تحقیقات طراحی و ساخت دارو میشود از اهمیت بالایی برخوردار است.
از انواع مهم روش‌های طراحی محاسباتی دارو میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

1. مدل‌سازی مولکولی:
   • روش‌های شناسایی ساختار ماکرومولکول‌های زیستی پرهزینه است. اما استفاده از روش‌های محاسباتی و بیوانفورماتیکی کارایی بیشتر و هزینه کمتری را دارد.
2. غربالگری مجازی:
   • در غربالگری، آنالیز و اولویت‌بندی ترکیبات صورت می‌گیرد، استفاده از این روش باعث می‌شود ترکیباتی که برای آزمایش انتخاب می‌شوند از احتمال موفقیت بیشتری برخوردار باشند، در نتیجه در زمان و هزینه صرفه‌جویی می‌شود.
3. داکینگ مولکولی:
   • در فرآیند داکینگ جهت‌گیری، نوع و تمایل اتصال مولکولی بررسی می‌شود تا یک کمپلکس پایدار تشکیل شود. در این رویکرد، اتصالی که کمترین انرژی را لازم دارد، معرفی می‌شود. تحلیل داکینگ در نرم افزارهایی مانند AutoDock، Moldock،prodock ،Dockvision و … و یا سرورهایی از مثل Lzerdwebina، PyDock، CB-Dock، Z-Dock و … بررسی می‌شود.
4. شبیه‌سازی دینامیک مولکولی:
   • این روش محاسباتی به منظور تحلیل حرکات مولکولی است و به ما دیدگاهی از دینامیک مولکولی ارائه می‌دهد. که از نرم‌افزارهایی مانند Open mol، VMD،Namd ،Gromacs، Amber و … استفاده می‌شود.
5. مطالعات QSAR
   1. این روش در تلاش است تا یک رابطه quantitative یا کمی بین ساختار و فعالیت ترکیبات دارویی پیدا کند.
6. و …

روش‌های سنتی طراحی دارو

در گذشته تحقیقات طراحی دارو، نیازمند صرف چندین سال زمان و هزینه زیاد بود. همچنین باید توجه کرد که با وجود سرمایه‌گذاری‌های کلانی که در این حوزه صرف می‌شود، هرگونه بهره‌‌وری کم یا کیفیت پایین می‌تواند موجب عدم تناسب بین خروجی و سرمایه شود. امروزه متخصصین بیوانفورماتیک بر این باورند که بهره‌گیری از روش‌های محاسباتی، احتمال موفقیت در مراحل مختلف را بالا می‌برد، چرا که به پژوهشگر کمک میکند در کمترین زمان و با کمترین هزینه تحقیقات خود را به پایان برساند.

طراحی دارو با روش‌های بیوانفورماتیکی

بیوانفورماتیک به عنوان یک علم بین‌رشته‌ای در پیشرفت‌های اخیر علم داروسازی نقش چشم‌گیری داشته است. علم بیوانفورماتیک با استفاده از:

• تکنیک‌های محاسباتی
• ریاضیات، آمار و علوم کامپیوتر
• الگوریتم‌ها و ساختمان‌داده‌ها
• تکنیک‌های برنامه‌نویسی و مهندسی نرم‌افزار
• هوش مصنوعی، داده‌کاوی و یادگیری ماشین
• پایگاه داده‌ها
• و …

توانسته مسیر را برای انجام تحقیقات زیستی و پی بردن به روند بیماری‌ها و شناسایی راه درمان جدید، تسهیل کند.

نمونه‌های موفق کشف دارو با روش‌های بیوانفورماتیکی

علم بیوانفورماتیک در جهت پیشرفت علم داروسازی نقش موثری داشته است. امروزه عملا تمام تحقیقات دارویی در دل خود از روش‌های محاسباتی بهره میبرند. از این رو در این بخش میتوانید نمونه‌هایی از داروهایی که محققان به نحوی از علوم محاسباتی در فرآیند ساخت آنها استفاده کرده‌اند را ببینید:

• ساکویناویر
• ریتوناویر
• ایندیناویر
• کاپتوپریل
• دورزولامید
• آلیسکیرن
• زانامیویر
• و …

مطالعات QSAR

مطالعات quantitative structure-activity relationship که اصطلاحا به آن ارتباط کمی ساختار و فعالیت ترکیبات دارویی گویند یکی از حوزه‌های مهم در طراحی دارو میباشد. در این حوزه در تلاش هستیم که یک رابطه کمی بین ساختار و فعالیت ترکیبات دارویی پیدا کنیم.

برای مثال جدول زیر را در نظر بگیرید.

• در این جدول اطلاعات 3 دارو مشخص شده است.
• برای هر دارو نیز دو ویژگی وزن مولکولی (MW ) و الکترونگاتیوی (SE) قابل رویت است.
• همچنین میزان سمیت هر کدام از داروها هم مشخص است.

توجه کنید که اعداد کاملا تصادفی و صرفا برای آموزش انتخاب شده است.  اگر به این جدول دقت کنید یک رابطه کمی بین سمیت و خصوصیات ساختاری این 3 ترکیب وجود دارد. لطفا کمی به آن دقت کنید و بعد ادامه مقاله را مطالعه کنید.

همانطور که در جدول فوق میبینید، رابطه‌ی کمی زیر در جدول فوق قابل رویت میباشد:

Toxicity= (Se*2) + (MW)

حوزه QSAR در تلاش است تا با کمک روش‌های محاسباتی بتواند این رابطه کمی را بین ساختار و فعالیت ترکیبات دارویی پیدا کند.

مطالعات داکینگ

مطالعات داکینگ، با شناخت دارو و هدف و استفاده از تکنیک‌هایی که برهمکنش این ترکیبات را در محیط مشابه ارزیابی میکنند، در تلاش است که در زمان و هزینه دستیابی به دارو جدید صرفه‌جویی کند. روش‌های محاسباتی در این حوزه شامل ابزارهای کارامدی برای یافتن کاربردهای جدید از داروهای موجود برای رسیدن به دارو جدید میباشد.

شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

در حوزه molecular dynamic simulation نیز ما قصد داریم در یک بازه زمانی که تعیین میکنیم، به اتم‌ها و مولکول‌ها اجازه دهیم تا با هم اینترکشن داشته باشند تا یک دید از نحوه‎‎‌ی حرکت و تعامل اجزا داشته باشیم. این حوزه عملا بخشی از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری میباشد. توجه کنید که در بسیاری از مواقع امکان ارزیابی چنین تحقیقاتی در محیط آزمایشگاهی فراهم نیست. لذا یک سیستم طراحی میکنیم که فرآیند را برای ما شبیه‌سازی کند.

جمع‌بندی

بیوانفورماتیک به علت ایجاد افق‌های نوین در پزشکی، داروسازی و علوم زیستی، و با ترکیب داده‌های زیستی و محاسباتی کمک زیادی در تحقیقات زیستی و دارویی کرده است. حال اگر میخواهید علاوه بر موارد گفته شده اطلاعات بیشتری نیز کسب کنید پیشنهاد میدهیم با کلیک کردن بر روی این لینک مقاله‌ی دیگر کمپ بیوانفورماتیک با عنوان طراحی دارو با روش‌های بیوانفورماتیکی را هم مطالعه کنید.

آموزش طراحی محاسباتی دارو با روش‌های بیوانفورماتیکی

از این رو گروه ما برای شما که علاقه‌مند به حوزه‌ی طراحی دارو هستید دوره‌‌های طراحی دارو با روش‌های بیوانفورماتیکی را تدارک دیده که با استفاده از آن میتوانید دانش خود در این حوزه را افزایش دهید. برای اطلاع از جزئیات دوره‌های طراحی دارو میتوانید روی لینک‌های زیر کلیک کنید.

1. طراحی دارو با رویکرد بیوانفورماتیکی
2. داکینگ مولکولی
3. شبیه‌سازی دینامیک مولکولی
4. آموزش نرم‌افزار هایپرکم در مطالعات طراحی دارو