Ученые разработали цифровой метод поиска новых лекарств от глаукомы, используя компьютерное моделирование и виртуальный скрининг. Специалистами была создана обширная база данных, состоящая из более чем из 2000 соединений, потенциально способных снижать внутриглазное давление. Используя результаты виртуального отбора, ученым удалось синтезировать предложенные компьютером соединения и доказать их высокую эффективность в борьбе с глаукомой.
Глаукома – коварное заболевание глаз, которое может привести к слепоте, если вовремя не начать лечение. Она поражает зрительный нерв и нервные волокна сетчатки, неумолимо ухудшая зрение. В качестве одного из важных факторов, влияющих на развитие глаукомы ученые рассматривают повышенное внутриглазное давление (ВГД).
Контролировать этот показатель важно, потому что внутри наших глазных яблок содержится водянистая влага, обеспечивающая питание и амортизацию внутренних структур глаза. В норме она должна постоянно циркулировать и регулярно удаляться из камер глаза. В свою очередь, высокое ВГД препятствует нормальному течению этого процесса. При блокировке пути оттока влаги давление растет, что в первую очередь сказывается на зрительном нерве. Заболевание чаще всего наблюдается у пожилых людей, так как с возрастом неизбежно происходит нарушение функций протоков, по которым влага удаляется из глаза. В результате жидкость накапливается и сдавливает не только зрительный нерв, но и сетчатку.
Несмотря на то, что медицина уже знает препараты, снижающие ВГД, их эффективность не всегда достаточна. По этой причине ученые постоянно ищут новые, более действенные способы борьбы с этим заболеванием. Одним из перспективных направлений в борьбе с глаукомой является использование мелатонина. Этот гормон известен как регулятор нашей суточной активности, однако биоритмами его функционал не ограничен. Известно, что он также способен позитивно влиять на внутриглазное давление. Проблема заключается в том, что эффективность природного мелатонина как лекарства не так обширна, как этого хотелось бы врачам. Поэтому ученые и стараются найти его аналоги, обладающие более сильным действием.
В процессе такой работы специалистам приходится тестировать сотни соединений. Это затратный подход и в классических лабораторных экспериментах на его реализацию уходит масса времени и сил. Особенно учитывая то, что аналоги должны быть не просто похожи на мелатонин по химическому строению, но и иметь более выраженное действие, а также обладать лучшей способностью проникать в ткани глаза.
Стараясь оптимизировать процесс поиска новых лекарственных молекул, ученые Волгоградского государственного медицинского университета (ВолгГМУ) совместно со специалистами из Московского государственного университета и Южного федерального университета разработали цифровой подход к решению этой проблемы. В новом исследовании, опубликованном в журнале «Acta Biomedica Scientifica», фармакологи продемонстрировали, как с помощью компьютерного моделирования и виртуального скрининга можно находить потенциальные лекарственные соединения для лечения глаукомы.
Для начала ученые создали базу данных, состоящую из 2457 соединений, потенциально способных снижать ВГД, а затем создали виртуальный образ «идеального лекарства». Затем компьютерный алгоритм оценил, насколько каждое из этих соединений будет похоже на идеал. Для этого компьютер проанализировал каждое из веществ на предмет их способности всасываться и проникать в ткани глаза, а также оценил вероятность возникновения побочных эффектов. На заключительном этапе программа выбрала из прошедших отбор молекул «близнецов» мелатонина. То есть указала на вещества, наиболее похожие на природный гормон.
После виртуального отбора ученые перешли к лабораторным экспериментам. 25 наиболее перспективных соединений были синтезированы и затем протестированы на крысах, чтобы проверить, как они влияют на ВГД. Оказалось, что 10 соединений действительно снижали внутриглазное давление. Причем два из этих аналогов мелатонина превосходили по эффективности сам гормон, снижая ВГД на 40% (природный мелатонин показал эффективность в 33%).
«Использование комплексной оценки новых молекул с помощью компьютера на доэкспериментальном этапе существенно снижает риски процесса разработки. Ведь одной биологической активности недостаточно, и существенная часть потенциальных лекарств “сходит с дистанции” из-за проблем с безопасностью или недостаточной эффективностью» — рассказывает один из авторов исследования, проректор по научной деятельности ВолгГМУ Денис Бабков.
Исследование выполнено в рамках регионального проекта Российского научного фонда от 25.03.2022 № 22-15-20025 «Синтез и исследование эффективности биоизостеров мелатонина».
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
