Nghiên cứu Y - Dược Thứ sáu, ngày 26/4/2024

AI thiết kế thuốc mới dựa trên cấu trúc protein

Một quy trình máy tính mới có thể tạo ra các thành phần dược phẩm hoạt tính một cách nhanh chóng và dễ dàng dựa trên bề mặt ba chiều của protein. Quy trình mới có thể cách mạng hóa việc nghiên cứu thuốc.
Ảnh minh họa
Ảnh minh họa
Gisbert Schneider, Giáo sư tại Khoa Hóa học và Khoa học Sinh học Ứng dụng của ETH Zurich cho biết: “Đó là một bước đột phá thực sự trong việc khám phá thuốc”. Cùng với cựu nghiên cứu sinh tiến sĩ Kenneth Atz, anh đã phát triển một thuật toán sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để thiết kế các hoạt chất dược phẩm mới. Đối với bất kỳ protein nào có hình dạng ba chiều đã biết, thuật toán sẽ tạo ra bản thiết kế cho các phân tử thuốc tiềm năng làm tăng hoặc ức chế hoạt động của protein. Sau đó, các nhà hóa học có thể tổng hợp và thử nghiệm các phân tử này trong phòng thí nghiệm.

Tất cả những gì thuật toán cần là cấu trúc bề mặt ba chiều của protein. Dựa vào đó, nó thiết kế các phân tử liên kết đặc biệt với protein theo nguyên lý khóa và chìa khóa để chúng có thể tương tác với nó.

Loại trừ tác dụng phụ ngay từ đầu

Phương pháp mới này được xây dựng dựa trên nỗ lực kéo dài hàng thập kỷ của các nhà hóa học nhằm làm sáng tỏ cấu trúc ba chiều của protein và sử dụng máy tính để tìm kiếm các phân tử thuốc tiềm năng phù hợp. Cho đến nay, việc này thường đòi hỏi công việc thủ công tốn nhiều công sức và trong nhiều trường hợp, việc tìm kiếm mang lại những phân tử rất khó hoặc không thể tổng hợp được. Nếu các nhà nghiên cứu sử dụng AI trong quá trình này trong những năm gần đây thì mục đích chủ yếu là cải thiện các phân tử hiện có.

Giờ đây, không cần sự can thiệp của con người, AI sáng tạo có thể phát triển các phân tử thuốc phù hợp với cấu trúc protein ngay từ đầu. Quy trình mới mang tính đột phá này đảm bảo ngay từ đầu rằng các phân tử có thể được tổng hợp hóa học. Ngoài ra, thuật toán chỉ đề xuất các phân tử tương tác với protein được chỉ định ở vị trí mong muốn và hầu như không tương tác với bất kỳ protein nào khác. Atz nói: “Điều này có nghĩa là khi thiết kế một phân tử thuốc, chúng tôi có thể chắc chắn rằng nó có ít tác dụng phụ nhất có thể”.


Để tạo ra thuật toán, các nhà khoa học đã huấn luyện một mô hình AI với thông tin từ hàng trăm nghìn tương tác đã biết giữa các phân tử hóa học và cấu trúc protein ba chiều tương ứng.


Thử nghiệm thành công với ngành

Cùng với các nhà nghiên cứu từ công ty dược phẩm Roche và các đối tác hợp tác khác, nhóm ETH đã thử nghiệm quy trình mới và chứng minh khả năng của nó. Các nhà khoa học đã tìm kiếm các phân tử tương tác với các protein thuộc lớp PPAR - các protein điều chỉnh quá trình chuyển hóa đường và axit béo trong cơ thể. Một số loại thuốc trị tiểu đường được sử dụng ngày nay làm tăng hoạt động của PPAR, khiến các tế bào hấp thụ nhiều đường hơn từ máu và lượng đường trong máu giảm xuống.

Ngay lập tức, AI đã thiết kế các phân tử mới cũng làm tăng hoạt động của PPAR, giống như các loại thuốc hiện có nhưng không cần quá trình khám phá kéo dài. Sau khi các nhà nghiên cứu ETH tạo ra các phân tử này trong phòng thí nghiệm, các đồng nghiệp tại Roche đã tiến hành nhiều thử nghiệm khác nhau. Những điều này cho thấy các chất mới thực sự ổn định và không độc hại ngay từ đầu.

Các nhà nghiên cứu hiện không còn theo đuổi các phân tử này nữa nhằm đưa thuốc dựa trên chúng ra thị trường. Thay vào đó, mục đích của các phân tử là đưa quy trình AI mới vào thử nghiệm nghiêm ngặt ban đầu. Tuy nhiên, Schneider cho biết thuật toán này đã được sử dụng cho các nghiên cứu tương tự tại ETH Zurich và trong ngành. Một trong số đó là dự án hợp tác với Bệnh viện Nhi đồng Zurich để điều trị u nguyên bào tủy, loại u não ác tính phổ biến nhất ở trẻ em. Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã xuất bản thuật toán và phần mềm của nó để các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới giờ đây có thể sử dụng chúng cho các dự án của riêng họ.

Schneider nói: “Công việc của chúng tôi đã làm cho thế giới protein có thể tiếp cận được với AI tạo ra trong nghiên cứu thuốc”. "Thuật toán mới có tiềm năng to lớn." Điều này đặc biệt đúng đối với tất cả các protein có liên quan về mặt y tế trong cơ thể con người không tương tác với bất kỳ hợp chất hóa học nào đã biết.

Nguồn ETH Zurich.
- Thuocbietduoc.com.vn cung cấp thông tin về hơn 30.000 loại thuốc theo toa, thuốc không kê đơn. - Các thông tin về thuốc trên Thuocbietduoc.com.vn cho mục đích tham khảo, tra cứu và không dành cho tư vấn y tế, chẩn đoán hoặc điều trị. - Khi dùng thuốc cần tuyệt đối tuân theo theo hướng dẫn của Bác sĩ
- Chúng tôi không chịu trách nhiệm về bất cứ hậu quả nào xảy ra do tự ý dùng thuốc dựa theo các thông tin trên Thuocbietduoc.com.vn
Thông tin Thuốc và Biệt Dược
- Giấy phép ICP số 235/GP-BC.
© Copyright Thuocbietduoc.com.vn
- Email: contact.thuocbietduoc@gmail.com