El moderno Prometeo: la inteligencia artificial en el desarrollo de fármacos (Parte II)

Por: Carlos Naranjo Castañeda y Eusebio Juaristi, Departamento de Química del Cinvestav.

Tal y como se narra en la historia relatada por Mary Shelley, el “monstruo” de Frankenstein aprendió a hablar, caminar, e interactuar con el entorno a través de la observación de los humanos y la imitación de sus acciones. De la misma manera, la IA aprende a realizar tareas cada vez más complejas mediante la aplicación de algoritmos de aprendizaje automatizado.

Existen diferentes tecnologías que pueden facilitar los procesos que llevan al desarrollo de nuevos fármacos. A continuación, te hablaremos de los principales campos en el desarrollo de nuevos fármacos:

Una de las tareas más relevantes es la denominada cribado virtual “inteligente”, que consiste en la exploración de diferentes bases de datos de compuestos o fragmentos moleculares, con el fin de identificar y seleccionar con base a características y similitudes un número de compuestos que presenten el potencial farmacológico deseado sobre una diana farmacológica específica. (Una diana farmacológica, es el sitio en el cuerpo humano en que los medicamentos pueden curar la enfermedad).

Por otro lado, una tarea fundamental en el diseño de fármacos asistido por computadora, consiste en predecir la mejor ruta para la síntesis de los compuestos químicos de interés. (Te explicamos, la ruta de síntesis describe cómo se pueden combinar diferentes sustancias químicas, en uno o varios pasos, para crear un fármaco; es decir, la molécula con la actividad farmacológica de interés). Con base en criterios que evalúan la viabilidad de la ruta sintética y los costos de inversión para la realización de dicha síntesis, los directivos de una empresa farmacéutica podrán decidir si es factible proceder o no.

Cabe aquí señalar el desarrollo de los laboratorios autónomos donde se aplican algoritmos que controlan robots para realizar los procedimientos experimentales requeridos en las reacciones químicas involucradas. (Una reacción química, no es otra cosa más que el proceso de combinar sustancias químicas para formar una sustancia nueva. Las condiciones de reacción son importantes para que ocurra dicha reacción; algunos ejemplos son: la temperatura, presión, concentración, tiempo de reacción, etc.).

Cribado virtual “inteligente”

La experimentación y el método de prueba y error que empleaba el Dr. Víctor Frankenstein para lograr crear un ser vivo se hubieran beneficiado con la tecnología presente en nuestros días. En particular, el cribado virtual permite predecir la eficacia de un fármaco o la probabilidad de una reacción adversa como consecuencia de la administración de dicho fármaco. Hoy en día, esta técnica ofrece un valor considerable para enfocar la búsqueda, y aumentar la tasa de aciertos mediante la selección inteligente de moléculas, reduciendo el tiempo y los costos para llegar a una pista satisfactoria.

La idea del cribado virtual consiste en recopilar información estructural de las numerosas moléculas registradas en diversas bases de datos, que han sido compiladas en química orgánica y en química farmacéutica. Esta estrategia se basa en la exploración de la información de las moléculas que prometen tener un potencial terapéutico como ligandos de las dianas de interés (entiéndase como ligandos a moléculas promisorias cuya eficiencia no ha sido confirmada y están siendo diseñadas por computadora), o bien en información estructural de las dianas farmacológicas, o la combinación de ambos (En la ciencia a esta combinación se le conoce como quimiogenómica).

Los supuestos básicos de la quimiogenómica son: (1) los ligandos que presentan cierta similitud química probablemente actúan sobre las mismas dianas farmacológicas, y (2) las dianas farmacológicas que aceptan ligandos que son semejantes desde el punto de vista estructural probablemente presenten similitudes estructurales en los sitios receptores correspondientes. (Te aclaramos, un receptor es un lugar específico en una diana farmacológica donde un fármaco puede unirse y dar lugar a una respuesta farmacológica). Trata de entenderlo de esta manera: Imagina que nuestro amigo Franky quiere entrar a su castillo, pero tiene ante sí diferentes puertas y un puñado de llaves. La diana farmacológica es como la cerradura y el ligando es como una llave; el sitio de unión es como el lugar específico en la cerradura donde la llave debe ajustarse perfectamente para abrir la cerradura. La tarea para Franky es encontrar la llave adecuada, o bien la cerradura correcta para que puedan unirse de manera eficiente y la puerta se abra. Hablando de fármacos, al ocurrir esta unión, en respuesta se obtiene un efecto terapéutico, pero ¿qué significa un efecto terapéutico? Te damos un ejemplo, si la diana farmacológica es un receptor que está relacionado al dolor, un ligando con potencial terapéutico de ser un analgésico (sustancia que disminuye el dolor) que, al unirse al sitio receptor en la diana farmacológica, su efecto terapéutico será la disminución del dolor.

Lee aquí la primera parte de este artículo