Notícia

Inteligência Artificial generativa projeta novos medicamentos com base em estruturas de proteínas

Fonte

ETH Zurique | Instituto Federal de Tecnologia de Zurique

Data

quarta-feira, 24 abril 2024 19:15

Áreas

Bioinformática. Biologia. Bioquímica. Biotecnologia. Desenvolvimento de Fármacos. Farmacologia. Indústria Farmacêutica. Inteligência Artificial. Microbiologia. Oncologia. Proteômica. Química Medicinal. Saúde Pública.

“Este é um verdadeiro avanço para a descoberta de medicamentos”, disse o Dr. Gisbert Schneider, professor do Departamento de Química e Biociências Aplicadas do Instituto Federal de Tecnologia de Zurique (ETH Zurique), na Suíça. Juntamente com seu ex-aluno de doutorado Kenneth Atz, ele desenvolveu um algoritmo que usa inteligência artificial (IA) para projetar novos insumos farmacêuticos ativos. Para qualquer proteína com formato tridimensional conhecido, o algoritmo gera os modelos de possíveis moléculas de medicamento que aumentam ou inibem a atividade da proteína. Os químicos podem então sintetizar e testar essas moléculas em laboratório.

Tudo o que o algoritmo precisa é de uma estrutura de superfície tridimensional de uma proteína. Com base nisso, ele projeta moléculas que se ligam especificamente à proteína de acordo com o princípio da chave e da fechadura para que possam interagir com ela.

Excluindo efeitos colaterais desde o início

O novo método baseia-se nos esforços de décadas dos químicos para elucidar a estrutura tridimensional das proteínas e usar computadores para procurar moléculas potencialmente adequadas de medicamentos. Até agora, isto envolveu muitas vezes trabalho manual e, em muitos casos, a pesquisa produziu moléculas que eram muito difíceis ou impossíveis de sintetizar. Se os investigadores utilizaram a IA neste processo nos últimos anos, foi principalmente para melhorar as moléculas existentes.

Agora, sem intervenção humana, uma IA generativa é capaz de desenvolver moléculas de medicamentos a partir do zero que correspondam a uma estrutura proteica. Este novo processo inovador garante desde o início que as moléculas possam ser sintetizadas quimicamente. Além disso, o algoritmo sugere apenas moléculas que interagem com a proteína especificada no local desejado e quase nenhuma outra proteína. “Isso significa que, ao projetar uma molécula de medicamento, podemos ter certeza de que ela terá o menor número possível de efeitos colaterais”, disse o Dr. Kenneth Atz.

Para criar o algoritmo, os cientistas treinaram um modelo de IA com informações de centenas de milhares de interações conhecidas entre moléculas químicas e as estruturas proteicas tridimensionais correspondentes.

Testes bem-sucedidos com a indústria

Juntamente com pesquisadores da farmacêutica Roche e outros parceiros de cooperação, a equipe do ETH Zurique testou o novo processo e demonstrou do que é capaz. Os cientistas procuraram moléculas que interagissem com proteínas da classe PPAR – proteínas que regulam o metabolismo do açúcar e dos ácidos graxos no corpo. Vários medicamentos para diabetes usados hoje aumentam a atividade dos PPARs, o que faz com que as células absorvam mais açúcar do sangue e o nível de açúcar no sangue caia.

Imediatamente a IA projetou novas moléculas que também aumentam a atividade dos PPARs, como os medicamentos atualmente disponíveis, mas sem um longo processo de descoberta. Depois que os pesquisadores do ETH Zurique produziram essas moléculas em laboratório, os colegas da Roche as submeteram a uma variedade de testes. E mostraram que as novas substâncias são realmente estáveis e não tóxicas desde o início.

Os pesquisadores não estão investigando essas moléculas com o objetivo de trazer ao mercado medicamentos baseados nelas. Em vez disso, o objetivo das moléculas era submeter o novo processo de IA a um teste inicial rigoroso. O professor Gisbert Schneider afirmou, porém, que o algoritmo já está sendo utilizado para estudos semelhantes no ETH Zurique e na indústria. Um deles é um projeto com o Hospital Infantil de Zurique para o tratamento de meduloblastomas, tumores cerebrais malignos mais comuns em crianças. Além disso, os pesquisadores publicaram o algoritmo e o seu software para que pesquisadores de todo o mundo possam agora utilizá-los em seus próprios projetos.

“Nosso trabalho tornou o mundo das proteínas acessível para a IA generativa na pesquisa de medicamentos. O novo algoritmo tem um potencial enorme”, concluiu o professor Gisbert Schneider.

O estudo foi publicado na revista científica Nature Communications.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do ETH Zurique (em inglês).

Fonte: Fabio Bergamin, ETH Zurique. Imagem: Dr. Gisbert Schneider, ETH Zurique.

Em suas publicações, o Canal Farma da Rede T4H tem o único objetivo de divulgação científica, tecnológica ou de informações comerciais para disseminar conhecimento. Nenhuma publicação do Canal Farma tem o objetivo de aconselhamento, diagnóstico, tratamento médico ou de substituição de qualquer profissional da área da saúde. Consulte sempre um profissional de saúde qualificado para a devida orientação, medicação ou tratamento, que seja compatível com suas necessidades específicas.