Fujitsu ha creado una nueva tecnología de modelado molecular

El desarrollo de nuevos medicamentos está asociado con grandes inversiones financieras y puede durar más de una década. Es por eso que los científicos están constantemente buscando métodos prometedores para crear drogas. Una de esas técnicas es la tecnología de simulación por computadora. El desarrollo de medicamentos de TI tiene un gran potencial, ya que este enfoque le permite crear productos químicos virtuales y evaluar su efectividad en un modelo de computadora. Fujitsu ha desarrollado una tecnología de modelado molecular que reduce la probabilidad de errores en 10 veces durante la fase de modelado de nuevos productos químicos. En este artículo hablaremos al respecto en detalle.


El efecto de un químico como medicamento aparece cuando se une a la proteína objetivo. En este caso, la sustancia cambia su forma de acuerdo con la forma de la proteína objetivo. El nivel de cambio está directamente relacionado con la afinidad * de la unión de la sustancia y la proteína y le permite tener una idea general de la efectividad del medicamento. En el proceso de investigación, es muy importante para los científicos predecir con precisión este indicador.

Los métodos basados ​​en los principios de la mecánica cuántica o newtoniana se utilizan para calcular el nivel de cambio en una sustancia química. Los cálculos no empíricos basados ​​en la mecánica cuántica proporcionan la mayor precisión, lo que representa un análisis del estado de los electrones en función del tipo y la posición de los átomos. Sin embargo, la implementación de tales estudios lleva mucho tiempo. El modelado preciso del nivel de cambio en los productos químicos usando este método lleva años, lo que lo hace inadecuado para el uso práctico.

Por el contrario, los cálculos aproximados basados ​​en modelos moleculares son muy rápidos y generalizados en la ciencia. Utilizan los principios de la mecánica newtoniana para calcular la fuerza de las interacciones entre los átomos y pueden utilizarse para identificar el estado de las moléculas grandes, incluidas las proteínas.

Desde el punto de vista de la mecánica newtoniana, las fuerzas que surgen entre los átomos se expresan de la siguiente manera:

1. Como una fuerza que depende de la distancia entre dos átomos unidos;
2. Como una fuerza que depende de los ángulos entre tres átomos unidos;
3. Como una fuerza que depende del nivel de torsión en el haz;
4. Como una fuerza que depende de la distancia entre los átomos no unidos.

Cuando una sustancia química se une a una proteína objetivo, el nivel de torsión del ligamento refleja el grado de deformación. Sin embargo, cuando se utilizan tecnologías existentes, la precisión para determinar el ángulo diédrico, cuyo valor es necesario para calcular la torsión del ligamento, es bastante baja, lo que causa el problema de la baja precisión para determinar la afinidad de unión.


Ángulo diédrico (ángulo formado por el plano de los átomos A, B y C y el plano de los átomos B, C y D)

¿Cuál es la esencia del desarrollo de Fujitsu?

Fujitsu ha estado desarrollando modelos moleculares durante más de una década. Utilizando la experiencia acumulada, los científicos de la compañía han creado una tecnología que tiene en cuenta no solo los puntos de unión en los que se produce la torsión, sino también la influencia de los átomos adyacentes entre sí.

La tecnología existente estima el valor de los ángulos diédricos en función de la posición de 4 a 2 átomos en un enlace y otros átomos a los que están unidos estos átomos. Sin embargo, dependiendo de la estructura de la molécula, hay casos en los que los átomos que no se incluyen en estos 4 átomos tienen una gran influencia en los vecinos, y en tales casos hay una alta probabilidad de errores en los cálculos.

Los especialistas de Fujitsu han creado una base de datos de fórmulas de evaluación para aquellos casos en los que la influencia de los átomos ubicados lejos del enlace es fundamentalmente importante. Con la fórmula de evaluación adecuada, ahora puede realizar una evaluación precisa de la torsión molecular, que anteriormente no se podía hacer.


Ejemplo de estructura molecular: 3- (metilamino) pirazol

Después de que Fujitsu integró esta tecnología con un software especializado, se estudió la precisión de los nuevos cálculos de diseño en el laboratorio. Fujitsu evaluó esta tecnología para 190 tipos de productos químicos, comparando los resultados con los obtenidos a través de cálculos no empíricos y calculando el coeficiente de error. El estudio permitió demostrar que la probabilidad de errores al evaluar el nivel de torsión de un nuevo desarrollo es en promedio 10 veces menor en comparación con la tecnología utilizada anteriormente.

Aplicación práctica

Estimación del parámetro del ángulo diédrico utilizando 190 tipos de estructuras químicas.

Un nuevo método para determinar la afinidad de unión de las proteínas y productos químicos objetivo demuestra resultados de medición mucho más precisos en comparación con la tecnología General AMBER Force Field 1.8 (GAFF 1.8) utilizada anteriormente. Los científicos sugieren que su implementación práctica creará medicamentos fundamentalmente nuevos. Fujitsu también planea incorporar esta tecnología en su propio servicio de desarrollo de medicamentos.

* característica termodinámica que describe cuantitativamente la fuerza de la interacción de sustancias