يرتبط تطوير عقاقير جديدة باستثمارات مالية كبيرة ويمكن أن تستمر لأكثر من عقد واحد. هذا هو السبب في أن العلماء يبحثون باستمرار عن طرق واعدة لإنشاء الأدوية. إحدى هذه التقنيات هي تقنية محاكاة الكمبيوتر. إن تطوير عقاقير تكنولوجيا المعلومات لديه إمكانات كبيرة ، لأن هذا النهج يسمح لك بإنشاء مواد كيميائية افتراضية وتقييم فعاليتها على نموذج الكمبيوتر. قامت شركة فوجيتسو بتطوير تقنية النمذجة الجزيئية التي تقلل من احتمالية الأخطاء بمقدار 10 مرات خلال مرحلة النمذجة للمواد الكيميائية الجديدة. في هذه المقالة سنتحدث عنها بالتفصيل.
يظهر تأثير مادة كيميائية كدواء عندما يرتبط بالبروتين المستهدف. في هذه الحالة ، تغير المادة شكلها وفقًا لشكل البروتين المستهدف. يرتبط مستوى التغيير ارتباطًا مباشرًا بميل * ربط المادة والبروتين ويسمح لك بالحصول على فكرة عامة عن فعالية الدواء. في عملية البحث ، من المهم جدًا للعلماء التنبؤ بدقة بهذا المؤشر.
يتم استخدام الطرق القائمة على مبادئ ميكانيكا الكم أو نيوتن لحساب مستوى التغيير في مادة كيميائية. توفر الحسابات غير التجريبية القائمة على ميكانيكا الكم أعلى دقة ، تمثل تحليلًا لحالة الإلكترونات بناءً على نوع وموضع الذرات. ومع ذلك ، يستغرق تنفيذ هذه الدراسات وقتًا طويلاً جدًا. تستغرق النمذجة الدقيقة لمستوى التغيير في المواد الكيميائية باستخدام هذه الطريقة سنوات ، مما يجعلها غير مناسبة للاستخدام العملي.
على العكس من ذلك ، فإن الحسابات التقريبية المستندة إلى النمذجة الجزيئية سريعة جدًا وواسعة الانتشار في العلوم. يستخدمون مبادئ ميكانيكا نيوتن لحساب قوة التفاعلات بين الذرات ويمكن استخدامها لتحديد حالة الجزيئات الكبيرة ، بما في ذلك البروتين.
من وجهة نظر ميكانيكا نيوتن ، يتم التعبير عن القوى الناشئة بين الذرات على النحو التالي:
- مثل القوة التي تعتمد على المسافة بين ذرتين مرتبطتين ؛
- مثل القوة التي تعتمد على الزوايا بين ثلاث ذرات مرتبطة ؛
- مثل القوة التي تعتمد على مستوى الالتواء في الحزمة ؛
- مثل القوة التي تعتمد على المسافة بين الذرات غير المقيدة.
عندما تكون المادة الكيميائية مرتبطة ببروتين مستهدف ، فإن مستوى التواء في الرباط يعكس درجة التشوه. ومع ذلك ، عند استخدام التقنيات الحالية ، فإن دقة تحديد زاوية ثنائي السطوح ، التي تكون قيمتها ضرورية لحساب تطور الرباط ، منخفضة جدًا ، مما يسبب مشكلة الدقة المنخفضة في تحديد تقارب الارتباط.
زاوية ثنائي السطوح (الزاوية التي شكلها مستوي الذرات A و B و C ومستوى الذرات B و C و D)ما هو جوهر تطوير فوجيتسو؟
تعمل شركة فوجيتسو على تطوير النمذجة الجزيئية لأكثر من عقد من الزمان. باستخدام الخبرة المتراكمة ، ابتكر علماء الشركة تقنية لا تأخذ فقط في الاعتبار نقاط الوصل التي يحدث فيها الالتواء ، ولكن أيضًا تأثير الذرات المجاورة على بعضها البعض.
تقدر التكنولوجيا الحالية قيمة الزوايا الثنائية السطحية بناءً على موضع 4 إلى 2 ذرة في رابطة وذرات أخرى ترتبط بها هذه الذرات. ومع ذلك ، اعتمادًا على بنية الجزيء ، هناك حالات عندما يكون للذرات التي لم يتم تضمينها في هذه الذرات الأربع التي تم أخذها في الاعتبار تأثير كبير على الذرات المجاورة ، وفي مثل هذه الحالات هناك احتمال كبير لحدوث أخطاء في الحسابات.
أنشأ متخصصو فوجيتسو قاعدة بيانات لصيغ التقييم لتلك الحالات التي يكون فيها تأثير الذرات الموجودة بعيدًا عن السندات مهمًا بشكل أساسي. باستخدام صيغة التقييم المناسبة ، يمكنك الآن إجراء تقييم دقيق للالتواء الجزيئي ، والذي لم يكن بالإمكان القيام به سابقًا.
مثال على التركيب الجزيئي: 3- بيرازول (ميثيلامينو)بعد أن دمج فوجيتسو هذه التكنولوجيا مع البرامج المتخصصة ، تمت دراسة دقة حسابات التصميم الجديدة في المختبر. قام فوجيتسو بتقييم هذه التقنية لـ 190 نوعًا من المواد الكيميائية ، ومقارنة النتائج مع تلك التي تم الحصول عليها من خلال الحسابات غير التجريبية وحساب معامل الخطأ. جعلت الدراسة من الممكن إثبات أن احتمال الأخطاء في تقييم مستوى التواء تطور جديد هو في المتوسط أقل 10 مرات مقارنة بالتكنولوجيا المستخدمة سابقًا.
تطبيق عملي
تقدير متغير زاوية ثنائي السطوح باستخدام 190 نوع من التركيبات الكيميائيةتُظهر طريقة جديدة لتحديد التقارب الملزم للبروتينات والمواد الكيميائية المستهدفة نتائج قياس أكثر دقة بكثير مقارنة بتقنية عام AMBER Force Field 1.8 (GAFF 1.8) المستخدمة سابقًا. يقترح العلماء أن تنفيذه العملي سيخلق عقاقير جديدة بشكل أساسي. تخطط فوجيتسو أيضًا لدمج هذه التكنولوجيا في خدمة تطوير الأدوية الخاصة بها.
* خاصية الديناميكا الحرارية تصف كميا قوة تفاعل المواد