Acido gastrico-Immagine Credit Public Domain-
I ricercatori dell’Università di Nagoya in Giappone hanno creato e migliorato progetti di intelligenza artificiale (AI) per sintetizzare un composto candidato per un nuovo inibitore dell’acido gastrico con una migliore affinità di legame rispetto ai farmaci esistenti.
I loro risultati, pubblicati su Communications Biology, suggeriscono un nuovo modo di lavorare in tandem con l’intelligenza artificiale per sviluppare prodotti farmaceutici.
L’acido dello stomaco è un componente cruciale della digestione del cibo. Tuttavia, quando l’equilibrio della secrezione della mucosa gastrica è disturbato, l’acidità di stomaco può causare disagio e, nei casi più gravi, condizioni come ulcere gastriche ed esofagite da reflusso. Pertanto, molte persone si rivolgono ai soppressori dell’acidità gastrica, la maggior parte dei quali prendono di mira la pompa protonica gastrica responsabile della secrezione di acido gastrico. Questi farmaci aiutano a neutralizzare l’acido dello stomaco, fornendo sollievo alle persone che soffrono di bruciore di stomaco e condizioni correlate.
Un gruppo di ricerca collaborativo guidato dal Professore associato Kazuhiro Abe e dal Professor Satoshi Yokoshima della Graduate School of Pharmaceutical Sciences dell’Università di Nagoya, in collaborazione con Intage Healthcare Corporation, ha adottato un nuovo approccio allo sviluppo di farmaci. I ricercatori si sono concentrati sulla struttura sterica della pompa protonica gastrica, una struttura proteica complessa nel rivestimento dello stomaco che trasporta i protoni H+ che compongono l’HCl, l’acido che costituisce l’acido gastrico. Lo hanno analizzato utilizzando “Deep Quartet”, una piattaforma di scoperta di farmaci basata sull’intelligenza artificiale.
Utilizzando l’intelligenza artificiale, i ricercatori hanno progettato nuovi composti candidati con strutture chimiche uniche per colpire efficacemente la pompa protonica gastrica. Il team mirava a identificare composti che potessero legarsi contemporaneamente a più siti sulla pompa protonica, migliorando l’efficacia complessiva del farmaco. I ricercatori hanno sintetizzato chimicamente questi composti candidati e hanno analizzato le loro strutture di legame con le proteine utilizzando la microscopia crioelettronica. Quindi, i composti sono stati ulteriormente modificati per migliorare la loro capacità legante.
I ricercatori hanno utilizzato l’intelligenza artificiale per generare più di 100 composti candidati con strutture chimiche uniche. Chimici esperti e biologi strutturali hanno quindi selezionato i candidati più promettenti per la sintesi e testato la forza con cui legavano e inibivano la pompa protonica gastrica, rivelando infine che il sesto composto sintetizzato (DQ-06) mostrava un legame più forte rispetto ai composti di riferimento esistenti.
Nonostante le riserve iniziali, la tecnologia convinse Abe. “Ero scettico quando ho visto alcune delle strane strutture chimiche, tra cui DQ-02 (il secondo che hanno testato) e quelle correlate“, ha detto. “Ma sospettavamo che ci dovesse essere una ragione per cui l’intelligenza artificiale suggeriva sostanze chimiche così strane. Abbiamo notato che la prima aveva un sito di legame stretto rispetto alla seconda, quindi ci siamo resi conto che l’intelligenza artificiale era piuttosto “onesta” nel suo approccio, progettando per il sito di legame dato“.
Inoltre, per ottenere informazioni dettagliate sul meccanismo di legame, il gruppo di ricerca ha utilizzato la microscopia crioelettronica per visualizzare l’interazione della molecola con la pompa protonica gastrica. I ricercatori hanno scoperto che c’era spazio per ulteriori miglioramenti nella forza legante. Sulla base di queste conoscenze, un nuovo composto, “DQ-18, è stato sintetizzato introducendo un atomo di cloro nel DQ-06, ottenendo un legame ancora più forte”.
“Mentre i risultati confermavano che il composto si legava come previsto, abbiamo scoperto che c’era ancora spazio tra la tasca di legame del composto e la proteina”, ha detto Abe. “Se riempiamo questi spazi vuoti, il composto si adatterà più “aderentemente” alla tasca, con conseguente legame più forte“.
Questo approccio innovativo ha portato alla creazione di un composto con un’affinità di legame quasi 10 volte superiore a quella di SCH28080, un composto prototipo per gli inibitori dell’acidità gastrica. Abe ritiene che ciò dimostri l’importanza della sinergia tra esseri umani e intelligenza artificiale nella scoperta di farmaci. “Possiamo vedere che l’intelligenza artificiale è utile per creare trattamenti, ma non in modo completo o automatico“, ha affermato. “Abbiamo utilizzato l’intelligenza artificiale per la progettazione di farmaci basati sulla struttura, in cui noi esseri umani non siamo così bravi. Ma abbiamo scelto candidati reali da sintetizzare, e in effetti li abbiamo migliorati con le nostre mani. Abbiamo utilizzato in modo efficiente l’intelligenza artificiale per ciò in cui non siamo bravi. Ma credo che, almeno per il momento, la conoscenza umana sia in definitiva necessaria per prendere qualsiasi decisione finale“.
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La ricerca rappresenta un significativo passo avanti nello sviluppo di prodotti farmaceutici, promettendo trattamenti più efficienti e affidabili per le condizioni correlate all’acidità gastrica e ispirando nuovi approcci alla scoperta di farmaci. La collaborazione tra ricercatori e intelligenza artificiale mostra il potenziale dell’intelligenza artificiale nel rivoluzionare il mondo della medicina e migliorare la salute umana come strumento di collaborazione al fianco degli scienziati.
Fonte: Communications Biology
