根據(jù)塔夫茨藥物開(kāi)發(fā)研究中心(CSDD) 的研究，開(kāi)發(fā)一種新藥的平均成本約為 26 億美元。此外，90% 的新藥未能獲得批準(zhǔn)。對(duì)于那些確實(shí)獲得批準(zhǔn)的少數(shù)人來(lái)說(shuō)，至少還需要 10 年才能將它們推向市場(chǎng)。

鑒于這些發(fā)人深省的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，制藥公司正在尋找降低藥物發(fā)現(xiàn)成本和時(shí)間的方法也就不足為奇了。

這篇博文將簡(jiǎn)要討論分子相似性搜索以及研究人員如何使用它來(lái)幫助加快藥物發(fā)現(xiàn)，同時(shí)降低相關(guān)成本。

分子虛擬篩選

如前所述，藥物開(kāi)發(fā)成本高、耗時(shí)長(zhǎng)且失敗率高。因此，研究人員一直在尋找更具成本效益和更高成功概率的藥物開(kāi)發(fā)方法。

幫助實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的一種方法是使用虛擬篩選——一種用于藥物發(fā)現(xiàn)的計(jì)算技術(shù)，用于搜索小分子數(shù)據(jù)庫(kù)，以幫助在藥物發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目的早期找到先導(dǎo)化合物。具有最高活性和成功概率的分子在計(jì)算機(jī)中被選擇用于進(jìn)一步、更詳細(xì)的研究。這有助于減少體外實(shí)驗(yàn)的數(shù)量——顯著減少藥物發(fā)現(xiàn)的時(shí)間和成本。

尋找具有更高活動(dòng)概率的分子

研究人員利用相似性質(zhì)原則來(lái)尋找可能具有活性的分子。

相似性質(zhì)原則指出，在結(jié)構(gòu)上與活性分子相似的分子也可能具有活性。因此，找到與已知活性分子結(jié)構(gòu)相似的分子是成功發(fā)現(xiàn)藥物的關(guān)鍵之一。

兩個(gè)分子的結(jié)構(gòu)相似性是通過(guò)比較它們的分子指紋來(lái)確定的。

分子指紋

分子指紋是通過(guò)將分子結(jié)構(gòu)片段編碼成特征的二進(jìn)制向量來(lái)創(chuàng)建的，其中每個(gè)位對(duì)應(yīng)于特定片段的存在

如果兩個(gè)分子指紋在同一位置有 1，那么兩個(gè)分子都有相同的片段，它們共享的片段越多，它們就越相似。

Tanimoto 系數(shù)

衡量分子指紋相似性的最流行方法是計(jì)算 Tanimoto 系數(shù)。

如下圖所示，Tanimoto 系數(shù)是分子共享的片段位置數(shù)除以任一分子設(shè)定的片段位置的比值。Tanimoto 評(píng)分范圍從 0（無(wú)相似性）到 1（相同分子）。

合作進(jìn)行化學(xué)信息學(xué)研究

GSI Technology正在與魏茨曼科學(xué)研究所南希和斯蒂芬格蘭德以色列國(guó)家個(gè)性化醫(yī)學(xué)中心的研究人員合作進(jìn)行化學(xué)信息學(xué)研究。

最初，團(tuán)隊(duì)正在探索如何將GSI 的 APU技術(shù)用于超快速分子結(jié)構(gòu)相似性搜索，他們發(fā)現(xiàn) APU 可以將搜索速度提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

結(jié)論

藥物發(fā)現(xiàn)是一個(gè)昂貴、耗時(shí)的過(guò)程，而且失敗率很高。因此，研究人員一直在尋找方法來(lái)提高以盡可能低的成本和最高的成功概率找到活性分子的幾率。

研究人員用來(lái)完成這項(xiàng)任務(wù)的一種簡(jiǎn)單但功能強(qiáng)大的方法是分子相似性搜索。參考資料：

https://medium.com/gsi-technology/molecular-similarity-search-a-simple-but-powerful-drug-discovery-tool-2b991d78c191

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