Obecnie firmy farmaceutyczne i biotechnologiczne prześcigają się w opracowywaniu nowych leków. W aptece można znaleźć preparaty praktycznie na każdą dolegliwość. Niestety jednak wiele z nich powoduje szereg działań niepożądanych. Wyzwaniem dla naukowców wciąż pozostają znalezienie efektywnego nośnika i dokładne poznanie interakcji leku z cząsteczkami napotykanymi w organizmie.

Bardzo ważnym elementem projektowania leków jest środowisko w jakim znajdzie się testowana substancja. Woda stanowi około 60% masy naszego ciała i jest podstawowym rozpuszczalnikiem w naszym organizmie, dlatego może ułatwiać bądź ograniczać dotarcie leku do celu. Molekuły wody mogą również powodować deformację cząsteczek leku, a każda taka zmiana może prowadzić do wzrostu toksyczności substancji i zmniejszenia efektu terapeutycznego.

Do tej pory prowadzono wiele badań nad transportem substancji w ośrodku materialnym, nad zależnością pomiędzy strukturą a funkcją oraz dotyczących projektowania leków. Obecnie istnieje kilka modeli w modelowaniu biomolekularnym. Należą do nich m.in. metoda dynamiki molekularnej, metoda dynamiki brownowskiej czy metoda Monte Carlo (jedna z metod stochastycznych). Dzięki nim możliwa jest analiza ruchów molekularnych, analiza mechanizmu asocjacji czy też możliwe jest przeszukiwanie przestrzeni konfiguracyjnej układu. 

Zastosowanie tych metod pozwala opisać układy ze złożonymi oddziaływaniami międzycząsteczkowymi, w przeciwieństwie do prostych układów dynamicznych, które opisuje się przy pomocy średnich wartości różnych parametrów stanu układu (ciśnienie, objętość, temperatura, energia wewnętrzna i energia swobodna). Jednakże aby je wyznaczyć potrzebna jest znajomość sumy statystycznej dla badanego układu, której nie można wyznaczyć analitycznie dla bardziej złożonych układów.

Model zaproponowany przez Y. Zhao i wsp. opisuje interakcje cząsteczek z molekułami wody. Jest to rozszerzona metoda pól fazowych, służąca do opisywania procesu solwatacji. W doświadczeniu badano pojedyncze jony oraz większe cząsteczki, m.in. białko BphC, składające się z dwóch domen. Na podstawie wyników stwierdzono, że przy użyciu nowej metody można zaobserwować interakcje pomiędzy substancją rozpuszczoną a rozpuszczalnikiem, polegające na otaczaniu cząsteczek związku chemicznego przez cząsteczki wody.

W przyszłości będzie można łączyć tę metodę z symulacją dynamiki molekularnej, co pozwoli opisać proces hydratacji, rozmieszczenie cząsteczek wody czy też inne bardziej szczegółowe właściwości roztworu wodnego. Opracowany wzór jest rozwiązywany numerycznie i pozwoli na szybkie przewidzenie struktury cząsteczki w roztworze wodnym oraz stworzy możliwość znalezienie nowego celu drogi badanej substancji leczniczej. Co więcej wzór jest tańszą alternatywą dla drogich metod projektowania leków.

Badanie zostało opublikowane w The Journal of Chemical Physics.

Anita Bartyzel