La matematica usata per trovare nuovi farmaci

Da Gex Lun 7 Feb - 20:24

La matematica usata per trovare nuovi farmaci anti hiv.

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Utilizzando concetti matematici, i ricercatori di Princeton hanno sviluppato un metodo per scoprire nuovi farmaci per una serie di malattie, calcolando che le proprietà fisiche delle molecole biologiche possono prevedere la loro efficacia come farmaci.

La tecnica ha già individuato alcuni potenziali farmaci nuovi che hanno dimostrato di essere efficace per combattere i ceppi di HIV da parte di ricercatori della Johns Hopkins University.

"La potenza di questo è che è un metodo generale", ha detto Princeton chimiche e biologiche professore di ingegneria Floudas Christodoulos, che ha guidato il team di ricerca. "Si è dimostrato efficace nel trovare peptidi potenziale di lotta contro l'HIV, ma dovrebbe anche essere efficace nella ricerca di farmaci per altre malattie."

Floudas, la Stephen C. Macaleer '63 Professore di Ingegneria e Scienze Applicate, e Princeton Engineering Soffietti dottorando Meghan-Peterson collaborato allo studio con i ricercatori della Johns Hopkins University School of Medicine. I loro risultati sono stati riportati nel 17 novembre 2010, l'emissione di Biofisica Journal.

I ricercatori tecnica 'combina i concetti della teoria di ottimizzazione, un campo della matematica che si concentra su come calcolare la migliore opzione tra un certo numero di scelte, con quelle di biologia computazionale, che combina matematica, statistica e informatica per la ricerca in biologia.

Nel caso del virus HIV, la sfida per il team di Princeton è stato quello di trovare peptidi - le piccole catene di aminoacidi biologicamente attivi che sono i mattoni fondamentali delle proteine - che potrebbe impedire al virus di infettare le cellule umane.

"I ricercatori di Princeton hanno un modo molto sofisticata di selezione di peptidi che si adatta un particolare sito vincolante per un virus HIV", ha detto Robert Siliciano collaboratore, un professore di medicina alla Johns Hopkins e un laureato di Princeton 1974, che si specializza nel trattamento dell'infezione da HIV . "Si restringe le possibilità, e può ridurre la quantità di tempo e di risorse necessario per trovare nuovi farmaci."

Fuzeon (enfuvirtide), è un farmaco peptidico comunemente somministrato a pazienti HIV per i quali la prima linea farmaci per l'HIV non si è dimostrato pienamente efficace. Fuzeon costa quasi $ 20.000 l'anno, ed i pazienti devono assumere regolarmente a causa della sua breve periodo di efficacia nel corpo. I ricercatori speravano di trovare un'alternativa al Fuzeon, scoprendo nuovi peptidi che sarebbe più economico da produrre e permettere ai pazienti di assumere dosi minori e più piccoli.

Fuzeon è pensato per inibire l'HIV legandosi al virus e la disattivazione di una struttura utilizzata per penetrare la membrana protettiva delle cellule umane.

"Il meccanismo effettivo per entrare nelle cellule è ancora incerta, ma c'è un sacco di prove che punti a questa struttura alcune sul virus", soffietti, Peterson ha detto. "Abbiamo utilizzato i dati disponibili sulle proteine che formano la struttura, per aiutarci a prevedere che tipo di farmaco potrebbe essere efficace contro il virus."

I ricercatori hanno pensato che un peptide più corto - Fuzeon è di 36 aminoacidi - sarebbe più economico da produrre e sarebbe durato più a lungo nel corpo, dal momento che molecole più corte sono meno soggette a guasti. Tali formulazioni potrebbe anche consentire di farmaci che potrebbero essere prese come una pillola invece di un'iniezione.

Sleuthing biologico I ricercatori hanno 'incentrato sul rapporto fisico tra peptidi e la struttura delle proteine HIV che Fuzeon obiettivi. Il team ha sviluppato una formula basata sulla termodinamica statistica per prevedere se un peptide dato, sulla base della sua sequenza di aminoacidi, è probabile che si legano con le proteine che l'HIV utilizza per penetrare le cellule.

Questa tendenza a legare deriva dallo stato di energia libera del peptide, una proprietà fisica legata alla sua forma, che cambierebbe se attaccato alla proteina HIV. I ricercatori hanno cercato di peptidi che si spostasse a uno stato di energia più basso dopo il legame alla proteina di HIV, perché queste sarebbero più propensi a legarsi alla proteina, e quindi essere in grado di bloccare il virus di entrare in una cella.

Fuori di milioni di peptidi possibili, i ricercatori hanno usato la loro formula di Princeton per restringere la propria ricerca a cinque candidati farmaci promettenti, ogni 12 aminoacidi, un terzo della lunghezza di Fuzeon. Loro collaboratori presso la Johns Hopkins poi verificato se i peptidi sono stati veramente efficace nel prevenire l'HIV di penetrare nelle cellule umane.

Gli scienziati Johns Hopkins scoperto che quattro dei cinque peptidi progettati inibito da HIV e che uno dei peptidi è stata particolarmente potente, anche contro ceppi di HIV che sono resistenti al trattamento con Fuzeon. Hanno anche scoperto che i peptidi progettato dai ricercatori di Princeton erano tossici per le cellule.
"Uno non avrebbe mai potuto testare tutti i peptidi possibili per vedere se sono efficaci contro l'HIV", ha detto Floudas. "Ma questo modello è stato in grado di ordinare attraverso milioni di possibilità e di identificare solo alcune promessa di mostrare che".

Ora che hanno individuato possibili candidati, i ricercatori hanno in programma di sperimentare modificare la forma dei peptidi per vedere se può essere reso ancora più efficace contro il virus. Sperano anche di estendere l'uso del modello ad altre malattie, soprattutto tumori.

"E 'un approccio alla ricerca di farmaci basati sul peptide che certe proteine bersaglio, se quelli di un virus o quelli di una cellula cancerosa," Floudas ha detto.