Fujitsu hat eine neue molekulare Modellierungstechnologie entwickelt

Die Entwicklung neuer Medikamente ist mit großen finanziellen Investitionen verbunden und kann mehr als ein Jahrzehnt dauern. Deshalb suchen Wissenschaftler ständig nach vielversprechenden Methoden zur Herstellung von Medikamenten. Eine solche Technik ist die Computersimulationstechnologie. Die Entwicklung von IT-Arzneimitteln bietet ein großes Potenzial, da Sie mit diesem Ansatz virtuelle Chemikalien erstellen und deren Wirksamkeit anhand eines Computermodells bewerten können. Fujitsu hat eine molekulare Modellierungstechnologie entwickelt, die die Fehlerwahrscheinlichkeit während der Modellierungsphase neuer Chemikalien um das Zehnfache reduziert. In diesem Artikel werden wir ausführlich darüber sprechen.


Die Wirkung einer Chemikalie als Arzneimittel tritt auf, wenn sie an das Zielprotein bindet. In diesem Fall ändert die Substanz ihre Form entsprechend der Form des Zielproteins. Der Grad der Veränderung steht in direktem Zusammenhang mit der Affinität * der Bindung von Substanz und Protein und ermöglicht es Ihnen, sich einen allgemeinen Überblick über die Wirksamkeit des Arzneimittels zu verschaffen. Während des Forschungsprozesses ist es für Wissenschaftler sehr wichtig, diesen Indikator genau vorherzusagen.

Methoden, die auf den Prinzipien der Quanten- oder Newtonschen Mechanik basieren, werden verwendet, um den Grad der Änderung in einer chemischen Substanz zu berechnen. Nicht empirische Berechnungen auf der Grundlage der Quantenmechanik liefern die höchste Genauigkeit und repräsentieren eine Analyse des Zustands von Elektronen basierend auf der Art und Position von Atomen. Die Durchführung solcher Studien dauert jedoch sehr lange. Die genaue Modellierung des Änderungsgrades von Chemikalien mit dieser Methode dauert Jahre, was sie für den praktischen Gebrauch ungeeignet macht.

Im Gegenteil, Näherungsberechnungen auf der Grundlage molekularer Modelle sind sehr schnell und in der Wissenschaft weit verbreitet. Sie verwenden die Prinzipien der Newtonschen Mechanik, um die Stärke der Wechselwirkungen zwischen Atomen zu berechnen, und können verwendet werden, um den Zustand großer Moleküle, einschließlich Protein, zu identifizieren.

Aus Sicht der Newtonschen Mechanik werden die zwischen Atomen auftretenden Kräfte wie folgt ausgedrückt:

1. Wie eine Kraft, die vom Abstand zwischen zwei gebundenen Atomen abhängt;
2. Wie eine Kraft, die von den Winkeln zwischen drei gebundenen Atomen abhängt;
3. Wie eine Kraft, die vom Grad der Torsion im Bündel abhängt;
4. Wie eine Kraft, die vom Abstand zwischen ungebundenen Atomen abhängt.

Wenn eine Chemikalie an ein Zielprotein gebunden ist, spiegelt der Grad der Bandtorsion den Grad der Verformung wider. Bei Verwendung vorhandener Technologien ist die Genauigkeit der Bestimmung des Diederwinkels, dessen Wert zur Berechnung der Bandverdrehung erforderlich ist, jedoch recht gering, was das Problem einer geringen Genauigkeit bei der Bestimmung der Bindungsaffinität verursacht.


Diederwinkel (Winkel, der durch die Ebene der Atome A, B und C und die Ebene der Atome B, C und D gebildet wird)

Was ist die Essenz der Entwicklung von Fujitsu?

Fujitsu entwickelt seit über einem Jahrzehnt molekulare Modelle. Mit den gesammelten Erfahrungen haben die Wissenschaftler des Unternehmens eine Technologie entwickelt, die nicht nur die Verbindungspunkte berücksichtigt, an denen Torsion auftritt, sondern auch den Einfluss benachbarter Atome aufeinander.

Die vorhandene Technologie schätzt den Wert von Diederwinkeln basierend auf der Position von 4 bis 2 Atomen in einer Bindung und anderen Atomen, an die diese Atome gebunden sind. Abhängig von der Struktur des Moleküls gibt es jedoch Fälle, in denen Atome, die nicht in diesen 4 Atomen enthalten sind, einen großen Einfluss auf die benachbarten Atome haben, und in solchen Fällen besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit von Fehlern bei den Berechnungen.

Fujitsu-Spezialisten haben eine Datenbank mit Bewertungsformeln für Fälle erstellt, in denen der Einfluss von Atomen, die weit von der Bindung entfernt sind, von grundlegender Bedeutung ist. Mit der entsprechenden Bewertungsformel können Sie jetzt eine genaue Bewertung der molekularen Torsion durchführen, die zuvor nicht möglich war.


Beispiel für die Molekülstruktur: 3- (Methylamino) pyrazol

Nachdem Fujitsu diese Technologie in eine spezielle Software integriert hatte, wurde die Genauigkeit der neuen Konstruktionsberechnungen im Labor untersucht. Fujitsu bewertete diese Technologie für 190 Arten von Chemikalien, verglich die Ergebnisse mit denen, die durch nicht empirische Berechnungen erhalten wurden, und berechnete den Fehlerkoeffizienten. Die Studie ermöglichte den Nachweis, dass die Wahrscheinlichkeit von Fehlern bei der Beurteilung des Torsionsniveaus einer neuen Entwicklung im Vergleich zur zuvor verwendeten Technologie im Durchschnitt zehnmal niedriger ist.

Praktische Anwendung

Diederwinkelparameterschätzung unter Verwendung von 190 Arten chemischer Strukturen

Eine neue Methode zur Bestimmung der Bindungsaffinität von Zielproteinen und -chemikalien zeigt viel genauere Messergebnisse als die zuvor verwendete General AMBER Force Field 1.8 (GAFF 1.8) -Technologie. Wissenschaftler schlagen vor, dass seine praktische Umsetzung grundlegend neue Medikamente hervorbringen wird. Fujitsu plant auch, diese Technologie in seinen eigenen Arzneimittelentwicklungsdienst zu integrieren.

* Thermodynamisches Merkmal, das die Stärke der Wechselwirkung von Substanzen quantitativ beschreibt