Durante la maggior parte della storia della scienza medica, sono stati scoperti nuovi farmaci attraverso un processo di tentativi ed errori o semplicemente per pura fortuna. Con l’aumento della domanda di farmaci nuovi e più efficaci, un nuovo metodo di sviluppo dei farmaci chiamato progettazione razionale dei farmaci ha iniziato a sostituire i vecchi metodi. Nella progettazione razionale dei farmaci, i composti biologicamente attivi sono specificamente progettati o scelti per funzionare con un particolare bersaglio farmacologico. Questo metodo spesso prevede l’uso di software di progettazione molecolare, che i ricercatori utilizzano per creare modelli tridimensionali di farmaci e dei loro bersagli biologici. Per questo motivo, il processo è noto anche come progettazione di farmaci assistita da computer.
Un bersaglio farmacologico, o bersaglio biologico, è solitamente di due tipi. Il primo tipo è una molecola nel corpo umano che causa la malattia quando è difettosa in qualche modo. Il secondo è una molecola di un microrganismo patogeno. Lo sviluppo di farmaci implica la scoperta o la progettazione di nuovi composti chimici che interagiscono con questi bersagli in modo benefico, ad esempio interagendo con il colesterolo per rimuoverlo dal corpo o interagendo con un virus per provocarne la morte.
I vecchi metodi di sviluppo di nuovi farmaci hanno diversi difetti che rendono la scoperta di farmaci un affare costoso. Il metodo più semplice e veloce per sviluppare un nuovo farmaco è semplicemente scoprire, per pura fortuna, che un determinato composto è biologicamente attivo contro un bersaglio farmacologico di interesse. Forse il più famoso incidente del genere fu la scoperta della penicillina da parte di Alexander Fleming nel 1928. Il microbiologo scoprì il primo antibiotico quando alcune colture batteriche con cui stava lavorando furono contaminate da un fungo battericida. Naturalmente, questo tipo di scoperta casuale non accade molto spesso e la fortuna non è qualcosa su cui le aziende farmaceutiche fanno affidamento per lo sviluppo di nuovi farmaci.
Il metodo più comune utilizzato per sviluppare nuovi farmaci è un processo lungo e su larga scala chiamato screening combinatorio delle librerie. In questo processo, vengono creati un gran numero di composti chimici e quindi sottoposti a screening per l’attività biologica. Se un determinato composto mostra segni di interazione con un bersaglio biologico, riceve ulteriore attenzione e potrebbe essere sviluppato in un nuovo farmaco. Questo processo può richiedere molti anni ed enormi quantità di denaro, tuttavia, e anche alla fine del periodo di sviluppo, il farmaco potrebbe non essere abbastanza efficace o abbastanza sicuro per l’uso umano.
La progettazione razionale dei farmaci è un processo più snello che richiede un’attenta considerazione del target del farmaco e del farmaco stesso. Questo metodo di progettazione di farmaci utilizza attrezzature speciali per esaminare la struttura tridimensionale di un bersaglio farmacologico e quindi trovare un composto che possa interagire con il bersaglio. Questo processo richiede quindi una conoscenza significativa della chimica e della biologia, perché le interazioni chimiche tra i farmaci ei loro bersagli sono ciò che determina se un farmaco è biologicamente attivo.
I composti possono essere individuati per il test in due modi. Il primo prevede l’uso dello screening combinatorio delle librerie. In questo caso, tuttavia, il processo è semplificato perché i ricercatori che utilizzano metodi di progettazione razionale dei farmaci esamineranno la libreria alla ricerca di composti di una forma sufficientemente specifica da interagire con il bersaglio del farmaco di interesse. Il secondo metodo prevede l’effettiva progettazione di un composto che possa interagire con il bersaglio. Ciò richiede la considerazione della composizione chimica del composto e la conoscenza di quali gruppi chimici il composto potrebbe richiedere per essere in grado di interagire con il bersaglio del farmaco.
Il primo farmaco sviluppato utilizzando un processo di progettazione razionale dei farmaci è stato un farmaco antivirale chiamato Relenza®. Questo farmaco è stato progettato per interagire con una proteina influenzale chiamata neuraminidasi. Senza questa proteina, il virus dell’influenza non può infettare nuove cellule; pertanto il trattamento con il farmaco può accorciare la durata della malattia. Altri farmaci progettati razionalmente includono farmaci per l’HIV come ritonavir e indinavir, entrambi i quali interagiscono con proteine virali chiamate proteasi.