A lo largo de la mayor parte de la historia de la ciencia médica, se han descubierto nuevos fármacos mediante un proceso de prueba y error o simplemente por pura suerte. A medida que ha aumentado la demanda de medicamentos nuevos y más eficaces, un nuevo método de desarrollo de medicamentos llamado diseño racional de medicamentos ha comenzado a reemplazar los métodos antiguos. En el diseño racional de fármacos, los compuestos biológicamente activos se diseñan o se eligen específicamente para trabajar con un objetivo de fármaco en particular. Este método a menudo implica el uso de software de diseño molecular, que los investigadores utilizan para crear modelos tridimensionales de fármacos y sus objetivos biológicos. Por esta razón, el proceso también se conoce como diseño de fármacos asistido por computadora.
Un objetivo de un fármaco, o un objetivo biológico, suele ser de dos tipos. El primer tipo es una molécula en el cuerpo humano que causa enfermedades cuando tiene algún defecto. El segundo es una molécula de un microorganismo causante de enfermedades. El desarrollo de fármacos implica descubrir o diseñar nuevos compuestos químicos que interactúen con estos objetivos de manera beneficiosa, como al interactuar con el colesterol para eliminarlo del cuerpo o al interactuar con un virus para causar su muerte.
Los métodos más antiguos para desarrollar nuevos medicamentos tienen varios defectos que hacen que el descubrimiento de medicamentos sea un negocio costoso. El método más fácil y rápido de desarrollar un nuevo fármaco es simplemente descubrir, por pura suerte, que un determinado compuesto es biológicamente activo contra un fármaco objetivo de interés. Quizás el incidente más famoso fue el descubrimiento de la penicilina por Alexander Fleming en 1928. El microbiólogo descubrió el primer antibiótico cuando algunos cultivos bacterianos con los que estaba trabajando se contaminaron con un hongo bactericida. Por supuesto, este tipo de descubrimiento fortuito no ocurre con mucha frecuencia, y la suerte no es algo en lo que las compañías farmacéuticas confíen para el desarrollo de nuevos medicamentos.
El método más común utilizado para desarrollar nuevos medicamentos es un proceso prolongado a gran escala llamado examen de biblioteca combinatoria. En este proceso, se crean una gran cantidad de compuestos químicos y luego se analizan para detectar actividad biológica. Si un compuesto dado muestra signos de interactuar con un objetivo biológico, recibe más atención y podría convertirse en un nuevo fármaco. Sin embargo, este proceso puede llevar muchos años y enormes cantidades de dinero, e incluso al final del período de desarrollo, es posible que el medicamento no sea lo suficientemente eficaz o seguro para el uso humano.
El diseño racional de un fármaco es un proceso más simplificado que requiere una consideración cuidadosa del objetivo del fármaco y del fármaco en sí. Este método de diseño de fármacos utiliza un equipo especial para examinar la estructura tridimensional del objetivo de un fármaco y luego encontrar un compuesto que pueda interactuar con el objetivo. Por lo tanto, este proceso requiere un conocimiento significativo de la química y la biología, porque las interacciones químicas entre los fármacos y sus objetivos son las que determinan si un fármaco es biológicamente activo.
Los compuestos se pueden localizar para realizar pruebas de dos formas. El primero implica el uso de la selección combinatoria de bibliotecas. En este caso, sin embargo, el proceso se simplifica porque los investigadores que utilizan métodos racionales de diseño de fármacos examinarán la biblioteca en busca de compuestos de una forma que sea lo suficientemente específica como para interactuar con el objetivo del fármaco de interés. El segundo método implica el diseño real de un compuesto que puede interactuar con el objetivo. Esto requiere la consideración de la composición química del compuesto y el conocimiento de qué grupos químicos podría requerir el compuesto para poder interactuar con la diana del fármaco.
El primer fármaco desarrollado mediante un proceso de diseño racional de fármacos fue un fármaco antiviral llamado Relenza®. Este medicamento fue diseñado para interactuar con una proteína de la influenza llamada neuraminidasa. Sin esta proteína, el virus de la influenza no puede infectar nuevas células; por tanto, el tratamiento con el fármaco puede acortar la duración de la enfermedad. Otros medicamentos diseñados racionalmente incluyen medicamentos contra el VIH como ritonavir e indinavir, los cuales interactúan con proteínas virales llamadas proteasas.