Vaistų ir taikinių sąveikos bei molekulinis projektavimas

Molekulinis projektavimas prasideda nuo apibrėžtos medžiagos

Vaisto ir taikinio sąveika yra viena iš galimo molekulės kandidatės veikimo dalių. Funkcinės grupės, krūvio būsena, stereocheminė sudėtis, konformacinės pirmenybės ir taikinio būsena gali paveikti atpažinimą. Vien molekulinė formulė neapibrėžia visų svarbių medžiagos savybių.

Enantiomerai chiralinėje aplinkoje turi skirtingą erdvinį išsidėstymą ir gali skirtis jungimusi ar pasiskirstymu organizme. Tikrai R arba S konfigūracijai priskirti reikia apibrėžtos struktūros ir pirmumo taisyklių. Čia naudojama simbolinė A/ent-A pora nurodo sudėtį bei priskirtus afinitetus, neišgalvojant tikros struktūros ar klinikinio palyginimo.

Jungimosi santykiai ir nustatyta taikinio ekspozicija atsako į skirtingus klausimus

Dviem išgalvotiems taikiniams suderinamomis vienos vietos in vitro sąlygomis priskirkite K_d vertes 14.0 ir 1,400 nmol L⁻¹. Šalutinio ir pagrindinio taikinio K_d santykis yra 100. Esant 28.0 nmol L⁻¹ laisvojo ligando, užimtumai yra 28/(14+28)=0.666666667 ir 28/(1,400+28)=0.0196078431.

Padidinus laisvąjį ligandą iki 280 nmol L⁻¹, šios vertės pasikeičia į 0.952380952 ir 0.166666667. Afinitetų santykis lieka 100, tačiau esant didesnei laisvajai koncentracijai jis neužkerta kelio reikšmingam šalutinio taikinio užimtumui. Nenustatytas nei selektyvumas netirtiems taikiniams, nei klinikinis poveikis.

Atskirame hipotetiniame stacionariosios ekspozicijos modelyje priskirkite bendrą ligando koncentraciją šulinėlyje 0.630 μmol L⁻¹, neprisijungusią dalį išorėje 0.120 ir vidaus bei išorės laisvųjų koncentracijų santykį 0.350. Laisvoji koncentracija išorėje yra 0.0756 μmol L⁻¹, o nustatyta laisvoji koncentracija viduje 0.02646 μmol L⁻¹. Tai priskirtas ekspozicijos ryšys, o ne išmatuotas pernašos modelis.

Esant suderinamam taikinio K_d=0.0180 μmol L⁻¹, vienos vietos pusiausvyros užimtumas pagal tą nustatytą laisvąją koncentraciją viduje yra 0.595141700. Vietoj to naudojant bendrą šulinėlio koncentraciją kaip laisvąją ties taikiniu gaunama 0.972222222. Sumažinus tik vidaus ir išorės laisvųjų koncentracijų santykį dešimt kartų iki 0.0350, viduje gaunama laisvoji 0.002646 μmol L⁻¹ ir užimtumas 0.128160418, nors nominali bendroji koncentracija nepakinta.

Afinitetui reikia tyrimo ir palyginimo

Mažesnis pusiausvyros K_d suderinamame paprastame tyrime reiškia stipresnį jungimąsi to modelio sąlygomis. Dviejų ištirtų taikinių afinitetų santykis suteikia ribotą selektyvumo palyginimą. Jis nenustato selektyvumo netirtiems taikiniams ar išskirtinių tolesnių poveikių.

Grįžtamojo jungimosi atveju asociacijos ir disociacijos greičio konstantos pagal nurodytą kinetinį modelį gali duoti pusiausvyros santykį. Lėta disociacija gali pailginti išlikimą pašalinus laisvąjį ligandą. Pusiausvyros afinitetas, kinetinis išlikimas ir biologinis veiksmingumas yra skirtingos savybės.

Tas pats pusiausvyros afinitetas gali turėti skirtingą eigą laike

Pasirinkite dvi išgalvotas vieno žingsnio jungimosi sistemas, kai palaikomas laisvasis ligandas L=48.0 nmol L⁻¹. Priskirkite asociacijos greičio konstantas k_on=0.0150/0.00150 L nmol⁻¹ min⁻¹ ir disociacijos k_off=0.360/0.0360 min⁻¹. Abi duoda K_d=k_off/k_on=24.0 nmol L⁻¹ ir pusiausvyros užimtumą θ_eq=2/3.

Pradedant nuo neprisijungusios būsenos apibrėžkite θ(t)=θ_eq[1−exp(−λt)], kur λ=k_onL+k_off yra 1.08/0.108 min⁻¹. Po vienos minutės užimtumai yra 0.440269650 ir 0.0682482690. Vienodi pusiausvyros afinitetai nenustato vienodos asociacijos per baigtinį laiką.

Grafiko atskirai pradinei sąlygai abi sistemas pradėkite nuo pusiausvyros, tada matematiškai prilyginkite laisvąjį ligandą nuliui ir neleiskite pakartotinio prisijungimo. Užimtumas tampa θ_eqexp(−k_offt). Po šešių minučių jis yra 0.0768834140 greičiau disocijuojančioje sistemoje ir 0.537156868 lėtesnėje. Šis nustatytas pokytis be pakartotinio prisijungimo yra kinetinis palyginimas, o ne tikra dozavimo ar išplovimo procedūra.

Kitam simboliniam vienos vietos modeliui imkite veidrodiškai susijusius A ir ent-A be tikro molekulinio grafo ar priskirtų CIP konfigūracijų. Palaikykite bendrą laisvojo mišinio koncentraciją 100 nmol L⁻¹, kai A dalis 0.350: laisvojo A=35.0 ir ent-A=65.0 nmol L⁻¹. Priskirkite K_d,A=8.00 ir K_d,ent-A=2,000 nmol L⁻¹ suderinamomis sąlygomis.

Laisvo taikinio, taikinio su prisijungusiu A ir taikinio su prisijungusiu ent-A būsenų svoriai yra 1, 35/8 ir 65/2,000. Dalys yra 0.184928340, 0.809061489 ir 0.00601017106. Numatykite normuotąjį rodmenį, prie kurio prisideda tik prie taikinio prisijungęs A; jis yra 0.809061489. Grynas laisvasis A esant tam pačiam bendrajam kiekiui šiame priskirtame modelyje duoda 0.925925926. Sutartas nulinis ent-A indėlis į šį vieną rodmenį nėra bendras teiginys apie tikrus enantiomerus ar gydymo pranašumo įrodymas.

Nominali koncentracija nenustato ekspozicijos ties taikiniu

Pridėta medžiaga gali pasiskirstyti terpėje, baltymuose, membranose ir kituose skyriuose arba būti transformuota. Laisvoji koncentracija ties taikiniu gali skirtis ir nuo pridėto kiekio, ir nuo bendros koncentracijos, išmatuotos viso mėginio tūryje.

Sąlyginis ekspozicijos modelis gali naudoti priskirtas neprisijungusias dalis ir pernašos ryšius šiam skirtumui iliustruoti. Tikrai pernašai, sulaikymui, metabolizmui ir priklausomybei nuo laiko reikia tikros sistemos įrodymų. Vien jungimosi kreivė negali užpildyti šių spragų.

Pagerintą molekulinę savybę reikia tirti plačiau

Pagerinus išmatuotą afinitetą ar kitą pasirinktą savybę gali reikėti kompromisų dėl tirpumo, cheminio stabilumo, prieinamumo, selektyvumo ar metabolizmo. Stebėtą ląstelinį pokytį reikėtų susieti su taikinio prisijungimu ir kontroliniais bandymais, tikrinančiais alternatyvias priežastis.

Norint pereiti prie naudingo vaisto dar reikia naudos, žalos ir tinkamo vartojimo numatytame kontekste įrodymų. Originalūs skaitiniai šios pamokos palyginimai demonstruoja modelinį samprotavimą; juose nėra tikro gydymo, dozės rekomendacijos ar teiginio, kad vienas kandidatas yra saugus ar veiksmingas.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Afinitetų palyginime padidinkite laisvąjį ligandą iki 280 nmol L⁻¹. Raskite abu užimtumus ir nustatykite, ar afinitetų santykis 100 užkerta kelią jungimuisi su šalutiniu taikiniu.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Pagrindinis taikinys 0.952380952; šalutinis taikinys 0.166666667; afinitetų santykis lieka 100 ir neužkerta kelio reikšmingam šalutinio taikinio užimtumui.

   Kiekvienam apibrėžtam taikiniui naudokite L/(K_d+L) esant naujai palaikomai laisvajai koncentracijai.

2. Sumažinkite tik priskirtą vidaus bei išorės laisvųjų koncentracijų santykį iki 0.0350. Raskite laisvąjį ligandą viduje ir užimtumą, nekeisdami bendro ligando šulinėlyje.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Laisvoji viduje 0.002646 μmol L⁻¹; užimtumas 0.128160418; bendroji lieka 0.630 μmol L⁻¹.

   Tą pačią laisvąją koncentraciją išorėje padauginkite iš naujo santykio; užimtumas nuo ekspozicijos priklauso netiesiškai.

3. Abi kinetines sistemas pradėkite nuo pusiausvyros, tada matematiškai prilyginkite laisvąjį ligandą nuliui ir neleiskite pakartotinio prisijungimo. Raskite užimtumus po šešių minučių.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Greitesnė 0.0768834140; lėtesnė 0.537156868.

   Padauginkite θ_eq=2/3 iš exp(−k_off×6); vienodas pusiausvyros afinitetas nenustato vienodo išlikimo.

4. Pakeiskite simbolinį mišinį grynu laisvuoju A esant tam pačiam bendrajam kiekiui 100 nmol L⁻¹. Raskite užimtumą ir priskirtą rodmenį. Ar iš to išplaukia klinikinis pranašumas?

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   Taikinių su prisijungusiu A dalis ir priskirtas rodmuo yra 0.925925926. Klinikinis pranašumas iš to neišplaukia.

   Vieno ligando riba yra 100/(100+8). Tai pakeičia tik šią sutartą sąveiką ir rodmenį.

Ką verta įsidėmėti

• Afinitetas, selektyvumas, prieinamumas ir funkcinis atsakas atsako į skirtingus klausimus.
• Naudokite laisvąją koncentraciją nurodytoje taikinio vietoje.
• Tą pačią pusiausvyros konstantą gali lydėti skirtingi artėjimo ir atsiskyrimo greičiai.
• Stereoizomerų mišiniui reikia nurodytos sudėties ir aktyvumo įrodymų.