In Silico Pharmacology

Đánh giá chuyển hóa thuốc và dược động học (DMPK) đã trở thành một lĩnh vực quan tâm trong giai đoạn đầu của quá trình phát hiện thuốc hiện nay. Việc sử dụng mô hình hóa bằng máy tính để dự đoán các thuộc tính DMPK và độc tính của thư viện sản phẩm tự nhiên từ cây thuốc ở Trung Phi (được gọi là ConMedNP). Chất liệu từ một số nguồn cây hiện nay được sử dụng trong Y học cổ truyền châu Phi.

Các phương pháp dựa trên máy tính đang từ từ chiếm ưu thế trong lĩnh vực này và thường được sử dụng như là tiêu chí sơ bộ để loại bỏ các hợp chất có khả năng trình bày các hồ sơ dược động học không thú vị và mức độ độc tính không chấp nhận được trong danh sách các ứng viên thuốc tiềm năng, từ đó giảm chi phí phát hiện thuốc.

Trong nghiên cứu hiện tại, chúng tôi trình bày một đánh giá in silico về hồ sơ DMPK và độc tính của một thư viện sản phẩm tự nhiên chứa khoảng 3.200 hợp chất, được chiết xuất từ 379 loài cây thuốc từ 10 quốc gia trong rừng và thảo nguyên lưu vực Congo, đã được công bố trong tài liệu. Trong phân tích này, chúng tôi đã sử dụng 46 thuộc tính vật lý - hóa học tính toán hoặc các mô tả phân tử để dự đoán sự hấp thụ, phân bố, chuyển hóa và loại bỏ cùng với độc tính (ADMET) của các hợp chất.

Trong 30 năm qua, thiên nhiên đã cung cấp một số lượng lớn các sản phẩm tự nhiên có hoạt động chống ung thư tiềm năng đầy ý nghĩa. Fusarochromanone (FC101a) là một phân tử nhỏ, chất chuyển hóa nấm cho thấy tác dụng ức chế tăng trưởng mạnh mẽ trong môi trường in-vitro và có khả năng gây chết tế bào theo chương trình, ức chế sự tạo mạch và sinh khối u, và ức chế sự tăng trưởng tế bào nội mô trong nhiều dòng tế bào ung thư. Mặc dù đã có khá nhiều thông tin về FC101a, cơ chế hoạt động và mục tiêu phân tử của hợp chất này vẫn còn là một bí ẩn. Thêm vào đó, hoạt tính trong môi trường in-vivo tương đối khiêm tốn đã được ghi nhận và cần được giải quyết.

Đánh giá dược động học (PK) giai đoạn đầu là rất quan trọng đối với sự phát triển thành công của thuốc. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã sử dụng các thử nghiệm in-silico để (i) mô tả chi tiết hồ sơ ADMET của FC101a và (ii) thăm dò các mục tiêu điều trị có thể có. Các tập tin SDF hai chiều của FC101a và 13 analog đã được giới thiệu vào phần mềm ADMET Predictor phiên bản 7.1 để sửa đổi cấu trúc nhằm tính toán các mô tả phân tử, từ đó ước lượng các thuộc tính ADMET. Các giá trị ADMET được tính toán đã được phân tích và áp dụng vào nhiều chỉ số giống thuốc khác nhau, cung cấp một hồ sơ PK của từng analog. Để thăm dò các mục tiêu có thể có, tổng cộng 49 protein đã được đưa vào nền tảng SYBYL-X phiên bản 2.0 và ngăn tương tác sâu nhất của từng protein đã được thử nghiệm bằng phương pháp docking với hợp chất chính, FC101a; với đối chứng âm, FC101b; và với hợp chất mô hình, kynurenine.

Mỗi analog đã cho thấy các chất lượng ADMET đầy triển vọng, mặc dù FC101 Oxazole đã được xác định là analog tối ưu nhất. Mặc dù FC101a có hồ sơ ADME và độc tính mong muốn, nhưng một số vấn đề cần được quan tâm trong môi trường in-vitro. Bao gồm các đặc tính có thể gây đột biến và độc tính của thụ thể estrogen. Chúng tôi đưa ra các phương án mà các nhà hóa học dược phẩm có thể sử dụng để đạt được sự thẩm thấu hiệu quả cao hơn, sự xâm nhập hàng rào máu não (BBB) cao hơn, và độ hòa tan trong nước của FC101a cao hơn. Thử nghiệm docking phân tử đã tiết lộ phức hợp procaspase-8 - cFLIP(L) là một mục tiêu sinh học tiềm năng và dẫn đến các cơ chế hoạt động được đề xuất mà FC101a thúc đẩy dị hóa procaspase-8, do đó tăng cường hoạt động phân cắt protein và thúc đẩy quá trình chết tế bào theo con đường ngoại sinh.

Dữ liệu của chúng tôi đã tiết lộ cả cơ chế hoạt động tiềm năng và hồ sơ ADMET đầy triển vọng của FC101a. Những đặc điểm này làm cho FC101a trở thành một ứng cử viên tiềm năng đáng giá để phát triển thành một tác nhân chống ung thư ít độc học hiệu quả chống lại nhiều loại ung thư khác nhau.

Để điều trị sốt rét, bệnh nhân nhiễm HIV thường nhận artemether (80 mg hai lần mỗi ngày) đồng thời với liệu pháp điều trị kháng virus và có thể xảy ra tương tác giữa các loại thuốc. Artemether là một chất nền của CYP3A4 và CYP2B6, trong khi đó các thuốc kháng virus như efavirenz có khả năng kích thích các enzyme này và có thể làm giảm sự tiếp xúc dược động học của artemether. Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển một phương pháp ngoại suy in vitro in vivo (IVIVE) để mô hình hóa sự tương tác giữa efavirenz và artemether. Sau đó, các điều chỉnh liều artemether đã được mô phỏng nhằm dự đoán liều tối ưu ở những bệnh nhân đồng nhiễm và cung cấp thông tin cho thiết kế nghiên cứu tương tác trong tương lai.

Dữ liệu in vitro mô tả các tính chất hóa học, sự hấp thụ, phân phối, chuyển hóa và thải trừ của efavirenz và artemether được lấy từ tài liệu đã công bố và bao gồm trong một mô hình dược động học dựa trên sinh lý (PBPK) để dự đoán sự phân bố thuốc bằng cách mô phỏng các thử nghiệm lâm sàng ảo. Việc sử dụng efavirenz và artemether, một mình hoặc kết hợp, đã được mô phỏng để phản ánh các nghiên cứu lâm sàng trước đó và tạo điều kiện thuận lợi cho việc xác thực mô hình và giải thích thực tế những gì được mô phỏng. Efavirenz (600 mg một lần mỗi ngày) đã được sử dụng cho 50 đối tượng ảo trong 14 ngày. Tiếp theo là việc sử dụng đồng thời artemether (80 mg mỗi 8 giờ) cho hai liều đầu tiên và 80 mg (hai lần mỗi ngày) trong hai ngày tiếp theo.

Các dược động học mô phỏng và tương tác giữa thuốc đã tương đồng với dữ liệu lâm sàng có sẵn. Efavirenz kích thích sự chuyển hóa lần đầu qua gan và làm sạch gan, giảm C_max của artemether xuống 60% và AUC xuống 80%. Các tăng liều của artemether để điều chỉnh cho tương tác đã được mô phỏng và một liều 240 mg được dự đoán là đủ để vượt qua tương tác và cho phép nồng độ artemether trong huyết tương đạt hiệu quả điều trị.

Mô hình được trình bày ở đây cung cấp một nền tảng hợp lý để thông báo cho thiết kế một nghiên cứu tương tác thuốc lâm sàng có thể tiết kiệm thời gian và tài nguyên trong khi liều tối ưu được xác định theo cách thực nghiệm. Ứng dụng rộng rãi của IVIVE có thể giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về các cơ chế phân tử đứng sau sự biến thiên trong sự phân bố thuốc.

Campylobacter jejuni là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây ra bệnh tiêu chảy do vi khuẩn trên toàn thế giới. Nghiên cứu này nhằm thiết kế các epitope cụ thể nhằm phục vụ cho việc thiết kế vắc xin peptid chống lại C. jejuni bằng cách nhắm đến các protein xâm nhập, độc lực và liên kết màng như FlaA, Cia, CadF, PEB1, PEB3 và MOMP.

Trong nghiên cứu hiện tại, nhiều phương pháp miễn dịch thông tin đã được áp dụng để thiết kế một loại vắc xin dựa vào epitope tiềm năng chống lại C. jejuni. Các công cụ bao gồm Bepipred, ABCpred, cơ sở dữ liệu epitope miễn dịch (IEDB), Autodock vina, v.v.

Các peptit “EINKN”, “TGSRLN”, “KSNPDI”, “LDENGCE” lần lượt từ các protein FlaA, MOMP, PEB3, CadF được phát hiện là những epitope tế bào B tiềm năng nhất, trong khi các peptit “FRINTNVAA”, “NYFEGNLDM”, “YKYSPKLNF”, “YQDAIGLLV”, “FRNNIVAFV” và “LIMPVFHEL” lần lượt từ Fla, CadF, MOMP, PEB1A, PEB3 và Cia có thể kích thích miễn dịch tế bào và “IFYTTGSRL” từ protein MOMP có thể kích thích cả miễn dịch dịch thể và tế bào. Tất cả các epitope peptid tiềm năng này đều cho thấy sự bảo tồn gần như 80–100% ở các chủng khác nhau của C jejuni với tỷ lệ bao phủ dân số thay đổi từ 22–60%. Việc xác thực thêm các epitope peptid này như ứng viên vắc xin khả thi được thực hiện thông qua việc liên kết với các allele HLA cụ thể bằng cách sử dụng kỹ thuật dockin in silico.

Dựa trên nghiên cứu hiện tại, có thể kết luận rằng các epitope được dự đoán này có thể được sử dụng để thiết kế một loại vắc xin chống lại vi khuẩn C. jejuni và do đó, có thể được xác thực trên các vật chủ mô hình để xác nhận hiệu quả của chúng như một loại vắc xin.

Virus Ebola (EBOV) là một loại virus chịu trách nhiệm cho 23.825 ca bệnh và 9.675 ca tử vong trên toàn thế giới chỉ trong năm 2014, với tỷ lệ tử vong trung bình của bệnh từ 25% đến 90%. Mặc dù công nghệ y tế đã cố gắng giải quyết các vấn đề này, nhưng hiện tại chưa có liệu pháp hoặc vaccine nào được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) phê chuẩn để ngăn ngừa, điều trị sau khi phơi nhiễm hoặc điều trị bệnh Ebola (EVD).

Trong nghiên cứu hiện tại, chúng tôi đã sử dụng tiếp cận miễn dịch thông tin để thiết kế một vaccine dựa trên epitope tiềm năng chống lại RNA polymerase phụ thuộc RNA loại L của EBOV. BioEdit v7.2.3, Jalview v2 và CLC Sequence Viewer v7.0.2 đã được sử dụng cho phân tích chuỗi ban đầu để đảm bảo tính bảo tồn từ các chuỗi. Sau đó, Cơ sở Dữ liệu và Tài nguyên Phân tích Epitope Miễn dịch (IEDB-AR) đã được sử dụng để xác định các epitope T-cell và B-cell liên quan đến phân tích phân tử phức hợp tương thích mô chính loại I và II. Cuối cùng, phân tích mức độ bao phủ dân số đã được thực hiện.

Epitope cốt lõi “FRYEFTAPF” được tìm thấy là epitope tiềm năng nhất, với 100% tính bảo tồn giữa tất cả các chủng virus EBOV. Nó cũng tương tác với cả phân tử phức hợp tương thích mô chính loại I và II và được xem là không gây dị ứng. Cuối cùng, với mức độ bao phủ dân số tích lũy ấn tượng là 99,87% cho cả lớp MHC-I và MHC-II trên toàn thế giới được tìm thấy cho epitope được đề xuất.

Cuối cùng, peptide dự kiến đã cho chúng tôi một cơ sở vững chắc để đề xuất xem xét vaccine và có thể được thử nghiệm để kiểm tra khả năng tạo miễn dịch thông qua các phản ứng miễn dịch dịch thể và trung gian tế bào in vitro và in vivo.

Piper nigrum [Piperaceae], thường được biết đến với tên gọi tiêu đen, được sử dụng phổ biến như một loại thuốc ở hầu hết các nơi trên Ấn Độ và như một gia vị trên toàn cầu.

Để chiết xuất piperine và đánh giá hoạt động độc tính tế bào in vitro [chống tăng sinh] và phương pháp in silico.

Piperine được chiết xuất từ quả của P.nigrum. Piperine được xác định bằng phương pháp UV, IR, ¹H-NMR, ¹³C-NMR và phổ khối. Việc chuẩn hóa piperine cũng được thực hiện bằng phương pháp vân tay HPTLC. Hoạt động độc tính in vitro được thực hiện sử dụng dòng tế bào HeLa bằng phương pháp thử nghiệm MTT với các nồng độ khác nhau từ 20 đến 100 μg/ml trong ba lần thử và các nghiên cứu docking in silico với enzyme EGFR tyrosine kinase.

Vân tay của piperine được chiết xuất đã được thực hiện bằng phương pháp HPTLC. Giá trị IC₅₀ được tìm thấy là 61.94 ± 0.054 μg/ml trong hoạt động độc tính in vitro trên dòng tế bào HeLa. Piperine đã được nghiên cứu docking phân tử để ức chế enzyme EGFR tyrosine kinase, một trong những mục tiêu để ức chế tế bào ung thư. Nó đã cho thấy liên kết −7.6 kJ mol⁻¹ và năng lượng docking 7.06 kJ mol⁻¹ với hai liên kết hydro.

Piperine đã cho thấy khả năng có hoạt động độc tính in vitro và các nghiên cứu in silico.