Farmakologia robi krok naprzód. Indywidualne leki coraz bliżej

Analiza komputerowa przyspieszy rozwój farmakoterapii

Badacze z Uniwersytetu w Bazylei stworzyli nowatorską metodę umożliwiającą jednoczesne testowanie wpływu tysięcy substancji na metabolizm komórkowy. Technika ta, nazwana metabolomiką o wysokiej wydajności, może znacząco przyspieszyć rozwój nowych leków. Wyniki badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Nature Biotechnology, a analiza komputerowa odegrała w nich kluczową rolę.

Substancje czynne oddziałują na metabolizm komórkowy niczym precyzyjne narzędzia w skomplikowanej fabryce. Każda komórka działa jak elektrownia – przetwarza energię, wykorzystuje składniki odżywcze i usuwa odpady. Substancje aktywne – takie jak hormony, enzymy czy leki – mogą przyspieszać, spowalniać lub całkowicie modyfikować te procesy, wpływając na pracę organizmu.

Niektóre substancje funkcjonują jak „przyspieszacze produkcji” – na przykład insulina umożliwia komórkom szybsze pobieranie glukozy i przekształcanie jej w energię. Inne, takie jak kofeina, pobudzają metabolizm, sprawiając, że komórki spalają więcej kalorii. Niektóre związki blokują określone szlaki metaboliczne – antybiotyki hamują namnażanie bakterii i uniemożliwiają im wytwarzanie niezbędnych białek.

Polecamy: Mikroplastik w organizmie przyczyną chorób. Tak można się go pozbyć

W jaki sposób naukowcy badali wpływ substancji na metabolizm?

„Gdy lepiej rozumiemy, w jaki sposób substancje czynne ingerują w metabolizm komórkowy, możemy przyspieszyć opracowywanie nowych leków. Nasza metoda dostarcza dodatkowych informacji o działaniu substancji, dzięki czemu możemy przewidywać możliwe skutki uboczne oraz interakcje z innymi lekami” – wyjaśnia prof. Mattia Zampieri, współautor badania.

Zespół naukowców pod kierownictwem dr. Laurentza Schuhknechta przeprowadził eksperyment, w którym hodowano komórki w tysiącach mikroskopijnych zagłębień na specjalnych płytkach. Każdą grupę wystawiono na działanie jednej z ponad 1,5 tys. substancji chemicznych. Następnie, wykorzystując spektrometrię masową, badacze przeanalizowali, jak zmienia się skład tysięcy drobnych cząsteczek (metabolitów) wewnątrz komórek po podaniu danej substancji. Główną rolę w tym procesie odegrała analiza komputerowa, pozwalając na precyzyjne uchwycenie zmian metabolicznych.

Przeczytaj także artykuł: Lek na Alzheimera cofa zmiany w mózgu. Ale badacze mają problem

Dzięki temu uzyskano szczegółowe dane dotyczące zmian ponad 2 tys. różnych produktów przemiany materii w każdej badanej próbce. Wyniki porównano z próbkami kontrolnymi – komórkami, które nie były poddane działaniu żadnej substancji. Wykorzystując analizę komputerową, naukowcy stworzyli dokładną mapę wpływu każdej substancji na metabolizm komórkowy, co pozwoliło lepiej zrozumieć mechanizmy ich działania.

Analiza komputerowa pomaga odkrywać nowe leki

„Dostępne na rynku leki mogą wpływać na metabolizm komórek w znacznie większym stopniu, niż dotychczas sądziliśmy” – podsumowuje Zampieri.

Analiza komputerowa pokazała coś, czego nikt się nie spodziewał. Dla zespołu badawczego dużym zaskoczeniem było odkrycie nieznanych wcześniej mechanizmów działania powszechnie stosowanych leków. Jednym z przykładów jest tiratricol – lek stosowany w terapii rzadkiej choroby tarczycy.

Szczególnie interesujące okazało się to, że tiratricol, oprócz swojego podstawowego działania, wpływa także na produkcję wybranych nukleotydów – kluczowych składników niezbędnych do syntezy DNA.

To także Cię zainteresuje: Alarm dla polskich władz: nadużywanie antybiotyków nas zabija

„Dzięki naszym badaniom wiemy, że tiratricol mógłby znaleźć nowe zastosowania, na przykład w modulacji biosyntezy nukleotydów, co może mieć znaczenie w terapii nowotworowej” – tłumaczy Schuhknecht.

Wykorzystanie sztucznej inteligencji w projektowaniu leków

Dane uzyskane dzięki nowej metodzie dostarczają cennych informacji o działaniu różnych substancji. Mogą one pomóc w szkoleniu sztucznej inteligencji, by skuteczniej projektowała nowe leki.

„Nasza długoterminowa wizja polega na dopasowaniu profili metabolicznych specyficznych dla pacjenta do sposobu, w jaki poszczególne substancje ingerują w metabolizm komórkowy. Dzięki temu będziemy mogli odkrywać najlepsze leki zdolne do odwrócenia zmian molekularnych wywołanych przez chorobę” – podkreśla Zampieri.

Polecamy: Wyspy widma na Morzu Kaspijskim. Pojawiają się i znikają szybko