AI e Meccanica Quantistica

Intelligenza artificiale e meccanica quantistica insieme per accelerare la scoperta di farmaci

Un nuovo strumento virtuale open-source combina tecnologie all’avanguardia per ridurre significativamente i tempi di screening dei composti chimici, aprendo la strada a nuove terapie.

La scoperta di nuovi farmaci è simile al completamento di un puzzle: i composti chimici dei farmaci devono adattarsi perfettamente alle proteine del nostro corpo per produrre effetti terapeutici. Questa necessità di una corrispondenza precisa rende il processo di creazione di nuove molecole terapeutiche estremamente complesso e lungo. Per accelerare questo “incastro”, i ricercatori della Southern Methodist University (SMU) hanno sviluppato SmartCADD, uno strumento open-source che combina intelligenza artificiale, meccanica quantistica e tecniche di progettazione assistita al computer (CADD). SmartCADD consente di accelerare lo screening dei composti chimici, riducendo significativamente i tempi necessari per la scoperta di farmaci.

Come funziona SmartCADD?

Come funziona SmartCADD

In un recente studio, pubblicato sul Journal of Chemical Information and Modeling, SmartCADD, nato da una collaborazione interdisciplinare tra il Dipartimento di Chimica del Dedman College of Humanities and Sciences e il Dipartimento di Informatica della Lyle School of Engineering della SMU, si è dimostrato uno strumento efficace nell’identificare nuovi candidati promettenti per il trattamento dell’HIV. Questo strumento è in grado di esaminare miliardi di composti chimici in un solo giorno, riducendo notevolmente il tempo necessario per identificare le molecole più promettenti. Nel dettaglio, SmartCADD combina modelli di deep learning e l’intelligenza artificiale per analizzare banche dati di composti chimici e identificare potenziali nuovi farmaci. Lo strumento ha due componenti principali: l’interfaccia Pipeline di SmartCADD, che raccoglie i dati e li filtra, e l’interfaccia Filter, che definisce il funzionamento di ciascun filtro. Questi filtri incorporati aiutano nelle diverse fasi di test dei composti chimici, prevedendo il comportamento di un farmaco nel corpo, modellando le strutture dei farmaci con parametri 2D e 3D e utilizzando un modello di IA che spiega le sue decisioni.

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Le applicazioni 

I ricercatori hanno dimostrato l’efficacia della piattaforma SmartCADD attraverso tre studi relativi a farmaci per il trattamento dell’HIV, scoprendo che diversi target proteici identificati nel virus potrebbero essere promettenti. SmartCADD ha utilizzato i dati della libreria MoleculeNet per creare e analizzare un database di 800 milioni di composti chimici, determinando che 10 milioni potrebbero funzionare come farmaci anti-HIV. Ha poi utilizzato i suoi filtri per individuare i composti più simili ai farmaci già approvati per l’HIV.
Tuttavia, sebbene i ricercatori si siano concentrati sull’HIV per questo particolare studio, hanno sottolineato che SmartCADD è versatile e applicabile ad ogni tipo di farmaco, ad esempio gli antibiotici, per i quali potrebbe aiutare a combattere il fenomeno delle antibiotico-resistenze, e ai farmaci anti-tumorali.

Fonte

  1. Madushanka A, Laird E, Clark C, Kraka E. SmartCADD: AI-QM Empowered Drug Discovery Platform with Explainability. J Chem Inf Model. 2024 Sep 9;64(17):6799-6813.