计算机辅助药物设计及筛选

  近年来,计算机辅助药物设计(Computer-Aided Drug Design, CADD),已成为现代药物研究与开发的一个重要方法和工具,将计算机辅助药物设计特别是计算机辅助组合化学库设计加入新药研究的循环,能缩短新药研究的周期,节省研究与开发费用,提高新药筛选的命中率。通过采用分子对接、构效关系、分子类药性、多样性、虚拟筛选等方法进行计算机辅助药物设计,提供可合成的、成为药物几率高的化合物。

  虚拟高通量筛选(Virtual High Throughput Screening)是通过计算机构建或利用现有生物大分子三维模型,利用超级计算机的高速运算,对结构化合库中的上百万个甚至更多的化合物进行筛选,计算分析其与生物大分子的结合程度等相互作用信息并打分,选取打分较高的一定量化合物作为备选先导化合物,进行生物筛选等深入开发。虚拟筛选极大地减少了药物筛选的工作量、时间与投入,并提高了筛选的效率和准确性,虚拟筛选能完成的某些操作,如多条件、限制筛选更是传统方法无法进行的。

  设计得到的化合物的生物活性一旦在筛选模型中得到确认,为进一步改善其临床作用及避免或降低毒副作用,可以利用计算化学方法对此先导药物分子作进一步的结构优化和设计。通过计算机设计并虚拟筛选得到的化合物结构可采用常规的化学合成方法合成,或通过组合化学方法自动合成。

  20世纪90年代,由于计算功能强大的超级计算机在计算生物学和药物设计中的应用,药物分子设计的速度及成功率均得到了革命性的提高。如美国千年药物公司模建了ACE-2的三维结构,据此设计了ACE-2抑制剂,仅用不到两年的时间,就发现了一个药物,进入I期临床研究,而用传统方法发现这样的药物一般要花费10年或更多的时间。目前已有多个应用理论方法设计而开发成功并上市的药物。在这些药物开发研究过程中,分子模拟、计算机辅助药物设计及蛋白质——配体相互作用的理论研究起了关键的作用。

  先导药业拥有目前国际上最先进的计算机辅助药物研究与开发的仪器设备,同时借助上海超级计算中心的神威I号超级计算机进行并行计算。利用该系统已获得了数个具有全新结构的新药先导化合物,这些化合物均已进入临床前研究。在计算机辅助药物设计研究领域有成功经验的科学家们组成了先导药业的高层技术支持团队。2003年5月,技术人员应用计算机辅助药物高通量筛选,发现了多个与SARS病毒关键蛋白产生显著相互作用的化合物及天然产物,可作为潜在的抗SARS病毒药物。