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Verso nuovi farmaci in tempi più rapidi

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Un nuovo potente strumento computazionale per selezionare i composti farmacologici più promettenti e permettere così uno “screening” molto più rapido. È quanto è stato messo a punto grazie al lavoro del gruppo del Prof. Vittorio Limongelli della Facoltà di scienze biomediche dell’USI, in collaborazione con il gruppo del Prof. Siewert Marrink della Rijksuniversiteit Groningen (Paesi Bassi). Pubblicato in modalità open access sull’importante rivista internazionale Nature Communications, lo studio delinea un metodo in grado di simulare in modo molto preciso l’interazione tra una serie di farmaci e i loro “bersagli” biologici.

La progettazione di nuovi farmaci – drug design, in gergo tecnico – e il loro sviluppo sono attività complesse, che comportano un processo di ricerca lungo e intensivo.

 

Come si “costruisce” un nuovo farmaco

L’ideazione di una nuova molecola in grado di interagire efficacemente con determinati “bersagli” (target) biologici, così da avere un effetto curativo sull’organismo umano, inizia dallo studio dei “bersagli” medesimi. Le informazioni che ne derivano permettono di mettere a punto dei primi composti di prova, la cui capacità di legarsi con il proprio recettore viene testata con simulazioni computerizzate e in modo sperimentale, con l’obiettivo di individuare quelli con le maggiori potenzialità farmacologiche, che vengono definiti “composti guida” (lead compounds).

Il processo richiede tipicamente di preparare e analizzare un numero esorbitante di composti, nell’ordine di decine di migliaia, in un’operazione che prende il nome di screening, “selezione”. Peraltro, una volta individuati i “composti guida”, essi sono a loro volta utilizzati per generare nuove molecole attive, che vengono ulteriormente testate e modificate al fine di migliorarne le capacità di interazione con il proprio “bersaglio”. La continua iterazione di nuove generazioni di composti farmacologici procede fino all’identificazione di un numero ristretto di candidati “ideali”, solitamente meno di cinque, che vengono quindi avviati ai test in vivo e, se positivi, a quelli sull’essere umano.

 

Un nuovo metodo per velocizzare i tempi

Il lavoro scientifico messo a punto dal gruppo del Prof. Vittorio Limongelli in collaborazione con il gruppo del Prof. Siewert Marrink ha portato a individuare un nuovo ed efficace metodo computazionale per velocizzare la fase di “selezione” (screening) dei composti molecolari candidati a diventare farmaci.

Tramite l’applicazione del metodo della dinamica molecolare e di un nuovo modello di rappresentazione computerizzata delle molecole, i due gruppi sono stati in grado di simulare l’interazione tra una serie di farmaci e i loro target biologici con un livello di precisione paragonabile a quello raggiungibile da altre tecniche già attestate in campo farmacologico, ma in tempi notevolmente inferiori.

Il metodo è al contempo generale e specifico: si tratta infatti di un modello matematico molecolare generalizzato, che sostituisce gruppi di atomi con singole “biglie” dalle proprietà chimico-fisiche simili e che permette però di ricostruire correttamente le capacità farmacologiche di specifici composti, distinguendo qualitativamente e quantitativamente le molecole inattive da quelle attive, nonché individuando le differenze in termini di efficacia tra queste ultime.

 

Un passo in avanti e la possibilità di nuove prospettive

Una tale accuratezza, associata alla rapidità di calcolo del metodo, rappresenta un significativo passo in avanti nell’ambito del drug design. La consistente riduzione delle tempistiche di screening computazionale permette di velocizzare notevolmente gli studi per l’elaborazione di nuovi farmaci, la cui durata media oggi si attesta sui 10-11 anni. Inoltre, l’applicazione di questa nuova tecnica potrebbe aprire nuove prospettive nell’ambito della medicina personalizzata, grazie proprio all’incremento della capacità di analisi e test dei medicamenti e alla possibilità di applicarla, con tempi ridotti, nella messa a punto di farmaci “calibrati” sul singolo individuo.

 

Altre sfide della farmacologia computazionale

Il gruppo del Prof. Limongelli, che opera all’interno dell’Istituto di scienza computazionale (ICS), è attivo su diversi fronti di ricerca nell’ambito farmacologia computazionale. Tra gli altri progetti, anche quello per arrivare a una più rapida individuazione di quei farmaci già esistenti in grado di combattere al meglio COVID-19 (clicca qui per saperne di più).

 

Nature Communications è una delle riviste della “famiglia” Nature, uno dei nomi più autorevoli e conosciuti nel campo delle pubblicazioni scientifiche. Nature Communications è una rivista open access; pubblica “studi di elevata qualità”, che “rappresentano significativi passi in avanti” nell’ambito delle scienze naturali. Lo studio del gruppo del Prof. Limongelli (USI) e del gruppo del Prof. Siewert Marrink (Rijksuniversiteit Groningen) può essere consultato in originale al link seguente:
https://www.nature.com/articles/s41467-020-17437-5

 

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