Расшифровка кода доставки лекарств: использование компьютеров и искусственного интеллекта для повышения эффективности медицины
Успешная и безопасная доставка терапевтических средств зависит от понимания того, насколько легко лекарства могут проходить через биологические барьеры, защищающие клетки.
Тестирование проницаемости лекарственных средств имеет решающее значение для определения того, могут ли лекарства достичь своих целевых целей в организме, но ученые долгое время пытались получить точные и воспроизводимые данные.
Существует три способа измерения успешности доставки лекарств: в лаборатории, на животных и людях, а также с использованием современных компьютерных симуляций . Однако сложный процесс сопоставления результатов из этих трех областей тестирования продолжает оставаться проблемой.
Преодоление разрыва
Новое исследование, проведенное Портсмутским университетом в сотрудничестве с Саутгемптонским университетом, Королевским колледжем Лондона и Массачусетским технологическим институтом, разработало набор общих рекомендаций по сравнению значений, полученных в ходе лабораторных экспериментов, молекулярного моделирования и искусственного интеллекта.
Работа опубликована в журнале Journal of Chemical Information and Modeling .
Доктор Кристиан Йоргенсен из Школы медицины, фармацевтики и биомедицинских наук Университета Портсмута сказал: «Тестирование проницаемости лекарственных средств очень важно, поскольку, если лекарство не может преодолеть необходимые барьеры, оно не будет работать должным образом, независимо от того, насколько хорошо оно выглядит на бумаге».
«Я несколько лет проработал в больнице в США, пытаясь сравнить данные о проницаемости, измеренные у людей и животных, с данными, смоделированными на компьютере, что было непростой задачей. Каждый метод тестирования имеет свои преимущества, поэтому в конечном итоге речь идет об обеспечении того, чтобы на рынок поступали самые качественные лекарства и терапевтические средства.
«Когда вы добиваетесь одобрения препарата, чем больше доказательств его эффективности вы можете предоставить, тем выше вероятность того, что он будет одобрен. Вот почему мы наблюдаем все большее сближение трех областей тестирования».
Только 14% лекарств, поступивших на клинические испытания в период с 2000 по 2015 год, получили одобрение FDA в США. Расширенные испытания проницаемости могут повысить показатели успеха, гарантируя, что лекарства эффективно достигают своих целей, при этом минимизируя побочные эффекты.
Трансклеточные и параклеточные пути через клеточные барьеры. Кредит: Journal of Chemical Information and Modeling (2025). DOI: 10.1021/acs.jcim.4c01815
Тестирование самых сложных систем
Исследование подчеркивает важность понимания того, как лекарства преодолевают все биологические барьеры. Это включает в себя самые сложные системы, такие как гематоэнцефалический барьер , который является существенным препятствием в предоставлении лечения неврологических заболеваний.
Доктор Йоргенсен пояснил: «Сила этой работы в том, что мы не просто проверили рекомендации на простой системе барьеров в организме — мы использовали одну из самых сложных, которая также весьма актуальна для здравоохранения и терапии».
«Эта работа может ускорить разработку лекарств, спасающих жизни, особенно при таких заболеваниях, как заболевания головного мозга, при которых доставка лекарств крайне затруднена».
Новые руководящие принципы представляют собой комплексную дорожную карту для улучшения тестирования и моделирования проницаемости лекарственных средств путем рассмотрения различий в трех областях:
На компьютерах (in silico): ученые используют компьютерные программы, чтобы предсказать, как лекарство будет перемещаться по организму, на основе его химических свойств.
В лабораторных условиях (in vitro): препарат тестируют на клетках в чашках Петри, чтобы увидеть, как он ведет себя в контролируемых условиях.
На людях/животных (in vivo): Иногда препарат испытывают на живом организме, чтобы увидеть, как он действует.
Последовательность и сотрудничество
В инструментарии особое внимание уделяется таким важнейшим факторам, как обеспечение экспериментальной согласованности, учет изменчивости данных и принятие принципов FAIR (находимость, доступность, совместимость, возможность повторного использования) для обмена данными.
Авторы также подчеркивают важность сотрудничества между областями для повышения точности испытаний на проницаемость и получения новых знаний о механизмах доставки лекарственных препаратов .
Профессор Мартин Ульмшнайдер из Королевского колледжа Лондона сказал: «Предоставляя четкие контрольные показатели и рекомендации, мы надеемся унифицировать и усовершенствовать методы испытаний на проницаемость и предоставить стандартизированный набор рекомендаций.
«Речь идет не только об улучшении отдельных экспериментов, но и о создании структуры, которая позволит научному сообществу надежно сравнивать свои открытия».