Un innovador «software» químico cuántico agiliza la investigación sobre fármacos
El diseño y la síntesis de materiales nuevos puede acelerar el descubrimiento científico en distintos campos. Nuevas nanopartículas pueden ayudar a aumentar la eficiencia de la catálisis y disminuir la huella de carbono del sector químico. En el ámbito del transporte, se espera que nuevos materiales para baterías impulsen la revolución eléctrica para convertir los vehículos eléctricos en una opción viable a nivel mundial. Nuevas moléculas colorantes para celdas solares ayudan al sector de las energías renovables a avanzar fuera del pozo que representa la producción de energías fósiles. Podríamos continuar con esta lista casi indefinidamente. Sin embargo, el sector donde el descubrimiento de moléculas nuevas es más importante es el farmacéutico. «Para considerar una molécula nueva con propiedades farmacológicas apta para los pacientes, debe someterse a pruebas rigurosas. El recorrido de investigación y desarrollo de un fármaco nuevo para llevarlo del laboratorio al mercado dura unos diez años y cuesta alrededor de 5 000 millones de euros», señala Illés József, coordinador del proyecto QCLAB, financiado con fondos europeos. El coste del desarrollo de fármacos es desorbitado y aumenta continuamente. «El estudio de rutas biológicas específicas (series de interacciones moleculares en una célula que pueden dar lugar a cambios en ella) puede mostrar muchos indicios sobre las enfermedades complejas. Identificar qué paso de cada ruta está afectado en cada paciente permite aplicar un tratamiento más personalizado. Por este motivo, el enfoque de que un medicamento sirve para todo el mundo deja de ser válido. Debemos revisar todo el proceso de investigación farmacéutica para que los nuevos fármacos a medida no sean totalmente inasequibles o imposibles de fabricar a causa del coste elevado de la investigación», explica József.
Un salto de gigante en el descubrimiento de fármacos
Aquí es donde el proyecto QCLAB entra en juego. Un grupo de investigadores demostró una nueva herramienta de computación llamada BrianQC que puede reducir el número de moléculas candidatas, disminuir la tasa de fallos mediante una simulación económica y reducir el número de experimentos en la primera etapa de la investigación y el desarrollo de fármacos. «En la cadena de investigación farmacéutica, existe un paso llamado evaluación de alto rendimiento en el que se prueban miles de moléculas para comprobar si pueden producir el efecto bioquímico deseado en la proteína diana. Desde un punto de vista teórico, los científicos deben calcular muchas veces cómo se enlazan los candidatos a fármacos con una molécula biológica de tamaño muy grande. Con las tecnologías anteriores, esto es muy costoso desde el punto de vista del cálculo como para hacerlo siquiera una sola vez; hacerlo millones de veces sería impensable», añade József.
Combinar tecnologías para impulsar la eficacia computacional
Los investigadores del proyecto combinaron distintas tecnologías para ayudar a hacer realidad esta evaluación de alto rendimiento virtual. En concreto, el equipo aprovechó redes neuronales que resultan útiles para el proceso de valoración previa de las moléculas candidatas y métodos de modelización mecanocuánticos para computación de alta precisión (teoría del funcional de la densidad) con el fin de investigar la estructura de las moléculas. Otros métodos menos precisos, aunque más rápidos, como la mecánica molecular (que permite modelizar grandes sistemas moleculares) sirvieron como componente para desarrollar una pila completa para la evaluación de alto rendimiento virtual. Ahora, el nuevo «software» químico cuántico, que ha sido un éxito rotundo, forma parte de las operaciones diarias de investigación de una de las empresas farmacéuticas más importantes con sede en los Estados Unidos. BrianQC se comercializa y es posible solicitar una prueba gratuita.
Palabras clave
QCLAB, BrianQC, «software» químico cuántico, evaluación de alto rendimiento, herramienta de computación, descubrimiento de fármacos, investigación farmacéutica
