Ao longo da maior parte da história da ciência médica, novas drogas foram descobertas por meio de um processo de tentativa e erro ou simplesmente por pura sorte. Com o aumento da demanda por medicamentos novos e mais eficazes, um novo método de desenvolvimento de medicamentos, denominado desenho racional de medicamentos, começou a substituir os métodos antigos. No projeto racional de drogas, os compostos biologicamente ativos são especificamente projetados ou escolhidos para trabalhar com um alvo específico de droga. Este método frequentemente envolve o uso de software de design molecular, que os pesquisadores usam para criar modelos tridimensionais de drogas e seus alvos biológicos. Por esse motivo, o processo também é conhecido como projeto de medicamento auxiliado por computador.
Um alvo de droga, ou alvo biológico, é geralmente um dos dois tipos. O primeiro tipo é uma molécula do corpo humano que causa doenças quando apresenta algum tipo de defeito. A segunda é uma molécula de um microrganismo causador de doenças. O desenvolvimento de medicamentos envolve a descoberta ou o desenvolvimento de novos compostos químicos que interagem com esses alvos de maneira benéfica, como por meio da interação com o colesterol para removê-lo do corpo ou com um vírus para causar sua morte.
Os métodos mais antigos de desenvolvimento de novos medicamentos têm várias falhas que tornam a descoberta de medicamentos um negócio caro. O método mais fácil e rápido de desenvolver um novo medicamento é simplesmente descobrir, por pura sorte, que determinado composto é biologicamente ativo contra um medicamento alvo de interesse. Talvez o incidente mais famoso tenha sido a descoberta da penicilina por Alexander Fleming em 1928. O microbiologista descobriu o primeiro antibiótico quando algumas culturas bacterianas com as quais ele estava trabalhando ficaram contaminadas com um fungo bactericida. É claro que esse tipo de descoberta casual não acontece com muita frequência, e a sorte não é algo em que as empresas farmacêuticas confiem para o desenvolvimento de novos medicamentos.
O método mais comum usado para desenvolver novos medicamentos é um processo longo e em grande escala denominado triagem de biblioteca combinatória. Nesse processo, um grande número de compostos químicos é criado e, em seguida, rastreado quanto à atividade biológica. Se um determinado composto mostra sinais de interação com um alvo biológico, ele recebe mais atenção e pode ser desenvolvido em uma nova droga. Este processo pode levar muitos anos e enormes quantias de dinheiro, embora, e mesmo no final do período de desenvolvimento, o medicamento possa não ser eficaz ou seguro o suficiente para uso humano.
O desenho racional de medicamentos é um processo mais simplificado que requer uma consideração cuidadosa do alvo do medicamento, bem como do próprio medicamento. Este método de desenho de drogas usa equipamento especial para examinar a estrutura tridimensional de um alvo de droga e então encontrar um composto que pode interagir com o alvo. Esse processo, portanto, requer um conhecimento significativo de química e também de biologia, porque as interações químicas entre as drogas e seus alvos são o que determinam se uma droga é biologicamente ativa.
Os compostos podem ser localizados para teste de duas maneiras. O primeiro envolve o uso de triagem de biblioteca combinatória. Nesse caso, no entanto, o processo é simplificado porque os pesquisadores que usam métodos de design de drogas racionais rastrearão a biblioteca em busca de compostos de uma forma que seja específica o suficiente para interagir com o medicamento alvo de interesse. O segundo método envolve o projeto real de um composto que pode interagir com o alvo. Isso requer a consideração da composição química do composto e o conhecimento de quais grupos químicos o composto pode exigir para ser capaz de interagir com o alvo da droga.
O primeiro medicamento desenvolvido por meio de um processo de desenho racional de medicamentos foi um antiviral denominado Relenza®. Este medicamento foi desenvolvido para interagir com uma proteína da gripe chamada neuraminidase. Sem essa proteína, o vírus da gripe não pode infectar novas células; portanto, o tratamento com o medicamento pode encurtar a duração da doença. Outros medicamentos concebidos de forma racional incluem medicamentos para o HIV, como ritonavir e indinavir, os quais interagem com proteínas virais chamadas proteases.