Docking: Simulaciones por ordenador para el diseño de nuevos fármacos

ActualidadBig Data

El tratamiento de los datos y las nuevas tecnologías que a estos aplica permite avances en muchos ámbitos. Nuestra experta en Química computacional, Sandra Acebes nos habla sobre Docking y como aplica al descubrimiento de nuevos fármacos.

La Química computacional. Definición, ventajas y metodología

La Química computacional es una disciplina que combina diferentes campos, incluyendo la Química, la Física, la Estadística y la Informática. Esta metodología permite simular procesos químicos y biológicos, con multitud de aplicaciones, como el diseño de fármacos o la mejora de proteínas y enzimas.

La ventaja del uso de la Química Computacional en comparación con métodos experimentales de laboratorio es que reduce gastos derivados de la compra de materiales, reduce la producción de compuestos contaminantes, y permite acelerar el proceso de investigación, por ejemplo, en etapas preclínicas del desarrollo de fármacos.

En cuanto a la metodología, las simulaciones se realizan con software específico (comercial o libre) que se encuentran normalmente alojados en la nube, lo que permite trabajar con grandes cantidades de datos y garantizar una mayor agilidad, velocidad, y seguridad de la información. Después de la simulación, se realiza un exhaustivo análisis de datos utilizando diferentes técnicas de Big Data, Inteligencia Artificial y Machine Learning para obtener resultados significativos y poder realizar predicciones.

El Docking y su uso en el diseño de fármacos

El Docking es una de las técnicas más populares dentro de la Química Computacional, sobre todo en el diseño de fármacos. El método se basa en predecir la orientación más probable entre un “target” u objetivo (una proteína, un fragmento de RNA, o DNA) y un “ligando” que puede ser el principio activo de fármaco, u otra proteína.

Por ejemplo, sí queremos utilizar Docking para diseñar un fármaco que inhiba un virus, la estrategia a seguir sería parecida a la de buscar la pieza que nos falta en un puzzle. Para este ejemplo, la proteína que interviene en la infección vírica sería el puzzle, y el fármaco que buscamos (en realidad, el compuesto químico que actúa como principio activo) sería una pequeña pieza que tenemos que encajar en algún lugar desconocido del puzzle, llamado centro activo. Normalmente esta “pieza” se selecciona dentro de un catálogo que incluye  fármacos eficaces para otras dolencias que no presentan efectos secundarios graves. Después de seleccionar los fármacos que presentan mayor afinidad, éstos se pueden mejorar también computacionalmente añadiendo átomos o grupos químicos, por ejemplo, para optimizar su acoplamiento. Al final las estructuras deben ser validadas en el laboratorio de manera experimental.

Por supuesto, el problema es mucho más complejo de lo que podría parecer en el ejemplo descrito anteriormente. Porque la proteína y el fármaco son entidades flexibles, formadas por átomos y en cuya interacción intervienen diferentes fuerzas, no solo geométricas, sino también electrostáticas (debidas a las cargas), de solvatación por efecto del agua, etc.

 Docking molecular

Figura 1. Ejemplo de proceso de docking molecular entre una proteína y fármacos de una librería para la selección del fármaco más afín.

Uso actual del docking en el diseño de fármacos

La combinación de diferentes recursos computacionales aplicados en el campo de la simulación química es muy valiosa para el diseño de fármacos ya que permite ver en el ordenador cosas que son “invisibles” en el tubo de ensayo. El proceso requiere mucho tiempo, esfuerzo humano y gasto computacional, pero no es comparable con el que se debe invertir para realizar todo el estudio en un laboratorio experimental, por lo que la combinación y colaboración entre simulación y experimentación son la clave del éxito.

En algunos estudios se ha comprobado que el uso de tecnologías computacionales como el Docking permiten reducir el tiempo de estudio del diseño de un fármaco de años a meses. En particular, el Docking se ha utilizado con éxito en el desarrollo de muchos tratamientos farmacéuticos, como en el diseño de inhibidores de la proteasa del virus de la inmunodeficiencia humana o de medicamentos para el tratamiento de la hipertensión. Además, en la actualidad estos métodos se están aplicando para buscar fármacos en la lucha contra los efectos del Covid19.

 

Si estás interesado en Docking y cómo implementarlo contáctanos, nuestros expertos tratarán tu caso individualmente.

 

 

 

Deja un comentario

* campo obligatorio



* indicates required