Пионерское использование VR для дизайна новых лекарств
Исследователи из Бристольского университета впервые применили виртуальную реальность (VR) в качестве инструмента для разработки лекарств нового поколения.
Результаты, опубликованные в журнале PLOS ONE, описывают, как учёные использовали VR для понимания работы обычных лекарств на молекулярном уровне.
Многие лекарства представляют собой малые молекулы, и открытие новых препаратов связано с поиском молекул, связывающихся с биологическими мишенями, такими как белки.
В исследовании пользователи с помощью VR могли «войти внутрь» белков и манипулировать ими, а также связывающимися с ними лекарствами, в атомарных деталях, используя интерактивное молекулярно-динамическое моделирование в VR (iMD-VR).
С помощью этого подхода iMD-VR исследователи «доковали» молекулы лекарств в белки и смогли точно предсказать, как происходит связывание. Среди изученных систем были препараты против гриппа и ВИЧ.
Как это работает
Профессор Адриан Малхолланд, соавтор работы, пояснил: «Многие лекарства работают, связываясь с белками и блокируя их функцию. Например, связываясь с определённым вирусным белком, препарат может остановить размножение вируса».
«Чтобы связываться эффективно, малая молекула лекарства должна плотно подходить к белку. Важная часть открытия лекарств — поиск малых молекул, которые прочно связываются со специфическими белками, и понимание причин этой прочности, что помогает создавать лучшие препараты».
Результаты исследования
В исследовании пользователям ставилась задача связать лекарства с белковыми мишенями, такими как нейраминидаза гриппа и протеаза ВИЧ.
Тесты показали, что пользователи смогли правильно предсказать, как лекарства связываются со своими мишенями. «Втягивая» препарат в белок, они строили структуры, очень близкие к структурам лекарственных комплексов, найденных в экспериментах.
Даже не-эксперты смогли эффективно доковать лекарства в белки. Это демонстрирует, что интерактивная VR может использоваться для точного предсказания связывания новых потенциальных лекарств с их мишенями.
Значение и перспективы
Исследование показывает, как VR может эффективно использоваться в дизайне лекарств на основе структуры, даже не-экспертами. Метод использует доступное VR-оборудование и фреймворк с открытым исходным кодом, поэтому может быть применён кем угодно.
Профессор Малхолланд добавил: «Важный аспект работы — полная гибкость моделирования лекарств и их белковых мишеней: мы моделируем их структурные изменения и динамику, и пользователи могут интерактивно манипулировать ими, чтобы понять, как лекарства взаимодействуют с биологическими мишенями. Это действительно захватывающий и мощный способ моделирования связывания лекарств. Мы показали, что он даёт точные результаты».
Доктор Дэвид Гловацки отметил: «Наши результаты показывают, что можно разрывать и восстанавливать связи лекарств с белковыми мишенями за время моделирования, значительно меньшее, чем при использовании неинтерактивных молекулярно-динамических движков».
«Также важно отметить, что полные события разрыва и восстановления связи, сгенерированные с помощью iMD-VR, были достигнуты пользователями менее чем за пять минут реального времени... Эти результаты были достигнуты в рамках одного часового тренировочного занятия с каждым участником, что демонстрирует удобство использования этого VR-фреймворка».