(SARS-CoV-2-Immagine Credit Public Domain).
Ricercatori nel Regno Unito e in Spagna hanno utilizzato un nuovo approccio di screening dei farmaci per identificare composti che potrebbero fungere da antivirali efficaci contro SARS-CoV-2, l’agente che causa la COVID-19.
Il team ha utilizzato un dispositivo di ispirazione quantistica in combinazione con un metodo di rilevamento delle impronte più tradizionale, per cercare farmaci simili a Remdesivir, l’unico antivirale contro SARS-CoV-2 attualmente approvato per l’uso umano. “La pandemia da COVID-19 ha accelerato la necessità di identificare rapidamente nuove terapie, anche attraverso il riutilizzo dei farmaci”, afferma il team della Fujitsu Technology Solutions di Madrid e del King’s College Hospital di Londra.
Mentre entrambi i modelli prevedevano il farmaco antivirale GS-6620 come il composto migliore, il modello quantistico prevedeva l’antivirale BMS-986094 come il secondo migliore. Entrambi questi composti sono stati inizialmente sviluppati per trattare il virus dell’epatite C. Il modello Tanimoto più tradizionale prevedeva anche diverse forme di vitamina B12 come potenziali candidati antivirali.
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Le analisi in vitro hanno rivelato che BMS-986094 e i diversi tipi di vitamina B12 erano efficaci nell’inibire la replicazione delle varianti di SARS-CoV-2. “Mentre BMS-986094 può causare effetti secondari nell’uomo come stabilito da studi di fase II, questi risultati suggeriscono che la vitamina B12 merita considerazione come antivirale SARS-CoV-2, in particolare dato il suo uso esteso e la mancanza di tossicità negli esseri umani e la sua disponibilità e convenienza“, scrivono Rocio Martinez-Nunez e colleghi. “I nostri dati illustrano la potenza dell’utilizzo dell’informatica di ispirazione quantistica per il riutilizzo dei farmaci“, aggiungono.
Una versione prestampata del documento è disponibile sul server bioRxiv * mentre l’articolo è sottoposto a peer review.
Sono necessari trattamenti SARS-CoV-2 che possono essere implementati rapidamente
Dall’inizio dell’epidemia di COVID-19 alla fine di dicembre 2019, intensi sforzi di ricerca e sviluppo hanno portato all’autorizzazione all’uso di emergenza e all’implementazione di massa di diversi vaccini efficaci contro SARS-CoV-2. “Tuttavia, l’emergere in corso di nuove varianti, diversi tassi di immunizzazione, problemi della catena di approvvigionamento, nonché la presenza di focolai più o meno grandi, sono alla base della necessità di trattamenti urgenti che possono essere rapidamente implementati”, affermano Martinez-Nunez e colleghi. Il riutilizzo dei farmaci si riferisce al processo mediante il quale i farmaci approvati vengono utilizzati per trattare una malattia per la quale non erano stati inizialmente progettati.
Lo screening virtuale è diventato essenziale nelle prime fasi della scoperta di farmaci, ma il processo richiede in genere molto tempo poiché si basa generalmente sulla misurazione delle somiglianze chimiche tra le molecole. Di conseguenza, i metodi più noti utilizzano impronte molecolari 2D per includere informazioni strutturali sulle molecole. Tuttavia, questi metodi non considerano aspetti delle strutture molecolari come il ripiegamento 3D.
Dove entra in gioco l’informatica di ispirazione quantistica?
Le informazioni 3D ottenute da una determinata molecola possono essere codificate come un grafico, affermano Martinez-Nunez e colleghi. “Per calcolare la somiglianza tra le molecole è necessario un nuovo grafico che contenga informazioni riguardanti le due molecole, consentendo confronti migliori e più rapidi per risolvere un problema di ottimizzazione noto come Maximum Independent Set (MIS) che estrae le parti simili di quelle due grafici”, spiega il team.
Utilizzando l’informatica di ispirazione quantistica, i modelli matematici sono in grado di gestire questo tipo di informazioni riducendo i tempi di esecuzione fino a 60 volte.
Il problema con Remdesivir
Remdesivir è attualmente l’unico farmaco antivirale approvato per l’uso contro SARS-CoV-2, mentre anche un altro composto chiamato Molnupiravir sta emergendo come potenziale candidato. Tuttavia, entrambi questi composti sono associati a molteplici effetti collaterali, tra cui nausea e compromissione epatica. Sono anche costosi e quindi inaccessibili in molti paesi e ambienti. “C’è, quindi, un urgente bisogno di identificare nuovi composti antivirali che mostrino effetti collaterali bassi o nulli e che siano prontamente ed economicamente disponibili”, scrivono i ricercatori.
Cosa hanno fatto i ricercatori?
I ricercatori hanno utilizzato un modello Quadratic Unbounded Binary Optimization (QUBO) che funziona su un dispositivo di ispirazione quantistica per cercare composti simili a remdesivir.
Hanno modellato Remdesivir come un grafico e quindi hanno esaminato il database DrugBank per i composti già approvati per l’uso umano. Sono stati stabiliti i parametri ottimali nell’algoritmo e il problema MIS è stato risolto all’interno del grafico dei conflitti generato.
Il team ha anche utilizzato un metodo di impronte più tradizionale, l’indice Tanimoto, che viene eseguito su un normale laptop.
Cosa ha scoperto lo studio?
Entrambi i metodi hanno previsto diversi composti che hanno mostrato somiglianza con Remdesivir, con GS-6620 previsto come il composto migliore da entrambi i modelli. Il modello QUBO ha previsto BMS-986094 come il secondo miglior candidato e Tanimoto ha previsto diverse forme di cobamamide, nota anche come vitamina B12.
Successivamente, il team ha eseguito saggi su cellule in coltura per determinare le capacità inibitorie di SARS-CoV-2 dei composti. Ciò ha rivelato che BMS-986094, cobamamide, idrossicobalamina e metilcobalamina si sono dimostrati tutti efficaci a concentrazioni comprese in intervalli adatti all’uso umano. Infine, i ricercatori hanno dimostrato che questi composti erano efficaci nell‘inibire la replicazione di numerose varianti di SARS-CoV-2, tra cui B.1.1.7 (chiamato anche Alpha), B.1.351 (Beta) e B.1.617.2 (Delta).
Cosa hanno concluso gli autori?
Martinez-Nunez e colleghi affermano che i dati hanno rivelato nuovi composti che potrebbero inibire la replicazione di SARS-CoV-2, sulla base del modello QUBO e della più tradizionale impronta digitale Tanimoto. “Il BMS merita ulteriori indagini, mentre la vitamina B12 è prontamente disponibile da più fonti. È conveniente, può essere autosomministrata dai pazienti, è disponibile in tutto il mondo e mostra una tossicità da bassa a nulla a dosi elevate”, scrivono. “Il nostro metodo di screening può essere impiegato nelle ricerche future di nuovi inibitori farmacologici, fornendo così un approccio per accelerare la distribuzione dei farmaci”, conclude il team.
Fonte:bioRxiv
