以代码抗新冠?计算机如何辅助特效药研发

2020-06-10

很多人以为,研究药物只能在实验室里,穿着白大褂,研究各种分子、元素来做。那你就大错特错了!近年来随着计算机技术的发展、成熟,出现了一种“以码抗病”的新兴技术手段,也叫做计算机辅助药物设计(CADD)。而此次新冠肺炎疫情中,计算机辅助药物设计也为抗病毒药物研发,贡献上关键的力量。


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那么,什么是计算机辅助药对于抗病毒药物的研发,它如何发挥作用?近日,就这些问题,药智访谈特别采访重庆医科大学药学院副教授邓萍,听听权威专家眼中的计算机辅助药物江湖!


新鲜!代码也能抗病毒!


你听说过,计算机里小小的代码也能对抗病毒吗?没错,计算机辅助药物设计(CADD)就是这么一门学科,以计算机化学为基础,通过模拟、预算等手段,实现设计和优化先导化合物的方法,从而助力新药研发。


新药的发现是一件耗资巨大且效率极低的工作。“据有关统计,新药研发平均新药耗时10-15年,耗资约10几亿美元,且新药研发的费用还在不断递增。随着计算机硬件、软件的发展,计算机辅助药物设计的方法逐渐成熟,这项应用极大地加快了新药研发的速度与效率,已成为现代药物研发的常规方法之一。”邓萍说。


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∆∆∆新药研发流程


截至目前,至少有40个药物是在计算机辅助药物设计的参与下研制成功并且成功上市的。“如抗艾滋病药物HIV蛋白酶抑制剂类沙奎那韦、抗禽流感药物唾液酸酶抑制剂扎那米韦、抗高血压药物卡托普利,以及中国医科院药物所研发的治疗骨关节炎的艾瑞昔布、中国科学院上海药物研究所研发的抗菌药盐酸安妥沙星等。”


计算机如何辅助新冠特效药?


目前,新冠肺炎病毒药物的研发主要集中在以下几个方面:第一,疫苗研发。目前全球正在研发的候选疫苗超过100种,已有多种疫苗进入临床试验,多种疫苗显示出临床疗效。


第二,采取“老药新用”的研发策略,从已经上市的药物中筛选发现具有抗新冠病毒的药物,以缩短药物研发的时间成本。由于上市药物本来是针对特定的靶标和疾病,要从中发现特效药的几率较低。很多潜在的老药,如法匹拉韦、瑞德西韦等,在最终的临床实验中都被证实无效或存在争议。


第三,针对新冠病毒特定靶点的新药研发。新冠病毒是一种RNA病毒,容易产生变异,新药研发难度很大,新药平均需要经历十年时间才能成药,短期内很难看到特效药的产生。


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“在新冠肺炎爆发后,很多研究机构和企业都已采用计算机辅助药物设计方法辅助进行了很多研究工作。”邓萍说道,如晶泰科技在1月通过同源建模方法发布了新冠病毒的3CLpro三维结构,该结构与后来解析出来的晶体结构高度一致,为前期研究节约了宝贵的时间;中科院上海药物研究所开发了抗新冠肺炎的药物靶标预测及虚拟筛选平台,从而推动抗COVID-19药物的快速研发。


在全球科技工作者的共同努力下,新冠肺炎病毒的主蛋白酶和S蛋白等多个晶体结构迅速被解析,为计算机辅助药物设计工作的开展奠定了基础。


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在邓萍看来,计算机可从以下两个方面辅助抗新冠肺炎病毒药物研发。第一,针对已发现的低活性化合物,通过预测其靶蛋白,理解药物的作用机制,促进结构优化,提高活性;第二,针对病毒侵入、复制和释放相关靶标,通过虚拟筛选等手段,发现潜在先导化合物。“可以借助计算机辅助药物设计相关方法和手段,缩短抗新冠病毒特效药物的研发周期”。


写在最后的话


近年来,计算机辅助药物已经取得一定成就,通过各种模拟、测试,在靶点的发现、先导化合物的发现和优化中取得成绩,但需要看清的是,计算机只是辅助新药研发过程,并不是万能的,新药的研发还需要实验的验证,并反作用于CADD,促进其发展。


来源:药智网