Phát triển một loại thuốc mới cần trải qua các giai đoạn: bắt đầu từ việc xác định các tác nhân gây bệnh, phát hiện các hợp chất tiềm năng, tối ưu hóa thuốc thông qua các thử nghiệm tiền lâm sàng và lâm sàng để đánh giá hiệu quả và độ an toàn của thuốc mới được phát triển. Để trải qua tất cả các giai đoạn trên cần một quá trình lâu dài, phức tạp, tốn kém và có rủi ro cao.

Phương pháp thiết kế thuốc bằng mô phỏng trên máy tính (CADD - Computer-Aided Drug Design) là sự kết hợp giữa khoa học máy tính, hóa học và sinh học. Đây là một lĩnh vực quan trọng trong ngành Tin Sinh học. Nhờ vào phương pháp này mà chi phí, thời gian đầu tư rất nặng nề của các phòng thí nghiệm nghiên cứu thuốc trong các giai đoạn khác nhau của quá trình phát triển thuốc đã được giải quyết. Từ đó quá trình phát triển thuốc mới được rút ngắn lại một cách đáng kể.

Phương pháp CADD gồm 2 bước chính:

• Xây dựng các cấu trúc 3 chiều của các phân tử protein, các hợp chất hóa học dựa trên các phương pháp: dựa trên những cấu trúc tương đồng (homology modeling) và dự đoán những cấu trúc hoàn toàn mới (De novo protein structure prediction).
• Mô phỏng các phản ứng gắn kết (docking) của các hoạt chất với các protein gây bệnh.

Hiện nay việc nghiên cứu mô phỏng các phản ứng của thuốc đang được phát triển rộng rãi ở nhiều công ty dược. Mục đích chính của các nghiên cứu này là tìm ra một hợp chất hóa học có thể gắn kết chặt chẽ với protein mục tiêu (cả về cấu trúc hình học và liên kết hóa học), từ đó làm bất hoạt các protein này.

Phức hợp protein-hợp chất thuốc trên phần mềm Ligandscout

Thiết kế thuốc từ cây Hương thảo để chữa ung thư Đại trực tràng

Cây Hương thảo (Rosmarinus officinalis L) là loài thực vật dễ trồng, phát triển tốt ở khí hậu Nhiệt đới như Việt Nam. Đây là một loại gia vị được sử dụng rất phổ biến, ngoài ra còn được trồng để làm kiểng, tạo hương thơm cho không gian sống, xua đuổi côn trùng.

Thế nhưng, ít ai biết cây Hương thảo còn chứa các hợp chất có khả năng ngăn ngừa một số loại ung thư, trong đó có ung thư đại trực tràng.

Nhóm giảng viên và sinh viên Khoa Công nghệ Sinh học – Đại học Nguyễn Tất Thành đã nhanh chóng tiếp cận công nghệ và áp dụng mô phỏng thiết kế thuốc từ các cây thảo dược phổ biến và rẻ tiền ở Việt Nam.

Kết quả nghiên cứu đã tìm ra các hợp chất Rosmarinic acid; Carnosic acid; (E,E)-5,9,13-Pentadecatrien-2-one,6,10,14-trimethyl; α-Amorphene và α-bis-Abolol có khả năng ngăn ngừa bệnh ung thư đại trực tràng.

Trước đó, Rosmarinic acid và Carnosic acid đã được chứng minh có vai trò ngăn ngừa ung thư trên tế bào, chuột qua thực nghiệm. Tuy nhiên việc xác định vai trò ức chế khối u trong nghiên cứu của Khoa Công nghệ Sinh học - Đại học Nguyễn Tất Thành bằng phương pháp CADD được tiến hành trên máy tính cá nhân và cho kết quả chỉ trong vòng vài giờ.

Thiết kế thuốc từ cây Diệp hạ châu để chữa ung thư Gan

Trong một nghiên cứu khác, nhóm cũng tìm ra các hợp chất epigallocatechin gallate và quercitrin từ cây Diệp hạ châu (Phyllanthus amarus) có khả năng ức chế cao đối với một số protein gây bệnh ung thư Gan.

Kết quả hiển thị hình thái dược tương tác của hợp chất Quercitrin từ cây Diệp hạ châu với protein 5SYZ gây ung thư Gan

Các nghiên cứu này đã đề xuất được những hợp chất tiềm năng để đi vào thử nghiệm thuốc ngăn ngừa ung thư, đồng thời cho thấy vai trò của Tin sinh học trong việc thiết kế và phát triển một loại thuốc mới. Các kết quả nghiên cứu trên đang được chuẩn bị để công bố trên tạp chí quốc tế.

Vũ Thị Huyền Trang