Strategia projektowania innowacyjnych leków w oparciu o AI/MM

Sztuczna inteligencja (ang. Artificial Intelligence, AI) i modelowanie molekularne (ang. Molecular modeling, MM) są obecnie wykorzystywane w coraz większym stopniu do projektowania innowacyjnych leków. Te zaawansowane technologie pozwalają na szybsze i bardziej precyzyjne opracowywanie nowych substancji farmakologicznych, co może przyspieszyć proces opracowywania leków i zmniejszyć koszty związane z badaniami klinicznymi.

Sztuczna inteligencja może być wykorzystana do analizowania ogromnych ilości danych biologicznych, chemicznych i biochemicznych, co pozwala na identyfikację potencjalnych celów terapeutycznych oraz projektowanie związków chemicznych o pożądanych właściwościach terapeutycznych. Modelowanie molekularne (zwane również modelowaniem biologicznym) pozwala na symulowanie interakcji między lekiem a organizmem, co umożliwia przewidywanie skuteczności i bezpieczeństwa potencjalnego leku.

Dzięki połączeniu tych dwóch technologii możliwe jest stworzenie bardziej efektywnych i bezpiecznych leków, które mogą być dostosowane do indywidualnych potrzeb pacjentów. Ponadto, projektowanie leków z wykorzystaniem sztucznej inteligencji i modelowania molekularnego może przyspieszyć proces badań nad nowymi terapiami, co może przynieść korzyści zarówno pacjentom, jak i przedsiębiorstwom farmaceutycznym.

Ścieżka rozwoju leków

Projektowanie potencjalnych leków to wieloetapowy proces obejmujący rezultaty działu badawczo rozwojowego, modelowanie molekularne oraz badania przedkliniczne i w dalszym etapie kliniczne, przy czym wspomnianą ścieżkę rozwoju potencjalnego leku można przedstawić następująco:

• Identyfikuje się cel, będący celem technicznym, mianowicie definiuje się cel potencjalnego leku w organizmie, który może być zaangażowany w proces chorobowy/prewencyjny, przy czym cel ten może stanowić białko, enzym lub inną cząsteczką odgrywającą znaczącą rolę,
• opracowuje się potencjalnych kandydatów na leki, tj. struktury chemiczne, które mogą oddziaływać z celem prowadząc do modulacji jego aktywności, wykorzystując do tego analizę i przesiewanie ponadprzeciętnych zasobów bibliotek związków chemicznych oraz modelowanie biologiczne w celu przewidywania, czy i w jaki sposób zidentyfikowane cząsteczki będą oddziaływać z celem,
• dokonuje się optymalizacji procesowej, która prowadzi „obiecującego kandydata na lek” do optymalizacji jego właściwości w celu poprawy jego skuteczności, bezpieczeństwa, farmakokinetyki itp.,
• wyselekcjonowany potencjalny lek poddaje się badaniom przedklinicznym, co oznacza, że zanim nowy lek będzie mógł być testowany u ludzi, musi przejść rygorystyczne badania w celu oceny jego bezpieczeństwa, efektywności terapeutycznej, potencjalnych skutków ubocznych, przy czym badania przedkliniczne mogą obejmować testowanie leku w hodowlach komórkowych, modelach zwierzęcych i innych układach eksperymentalnych,
• po wszystkich etapach nadchodzi czas na tzw. badania kliniczne, gdzie „kandydata na lek” również poddaje się rygorystycznym badaniom u ludzi, angażując ochotników w celu oceny jego bezpieczeństwa i skuteczności,
• końcowym etapem jest zatwierdzenie regulacyjne, przy czym jeśli przebadany lek pomyślnie przejdzie wszystkie etapy badań i będzie charakteryzował się korzystnym profilem ryzyka i korzyści, wówczas do agencji regulacyjnych, takich jak FDA składany jest komplet dokumentów celem zatwierdzenia, a w dalszej kolejności umożliwienia wprowadzenia leku na rynek i sprzedaży pacjentom.

Projektowanie innowacyjnych kandydatów na leki, wymaga więc połączenia wiedzy naukowej, badań eksperymentalnych, narzędzi technologicznych oraz wiedzy regulacyjnej-prawnej, aby dostarczyć nowe sposoby leczenia pacjentom, którzy ich potrzebują. Wykorzystanie sztucznej inteligencji (AI) i modelowania molekularnego w projektowaniu leków ma potencjał zrewolucjonizowania przemysłu farmaceutycznego poprzez przyspieszenie opracowywania nowoczesnych struktur lekowych. Łącząc algorytmy AI z zaawansowanymi modelami biologicznymi, możliwym okazuje się skuteczna identyfikacja potencjalnych kandydatów na leki, predykcja ich skuteczności i bezpieczeństwo oraz ich optymalizacja ich właściwości pod kątem konkretnych zastosowań terapeutycznych.

Potężne narzędzia do projektowania innowacji

Nietuzinkową zaletą wykorzystania AI w projektowaniu leków jest jej zdolność do analizowania bardzo dużych ilości danych z różnorodnych źródeł, takich jak informacje genetyczne, struktury białek, właściwości chemiczne różnych struktur w celu identyfikacji wzorców i zależności, które mogą nie być widoczne „na pierwszy rzut oka”. AI może być również wykorzystywana do przewidywania farmakokinetyki i farmakodynamiki potencjalnych kandydatów na leki, umożliwiając tym samym optymalizację ich właściwości w celu uzyskania maksymalnej skuteczności i minimalizacji skutków ubocznych.

Modelowanie molekularne to kolejne potężne narzędzie, które można wykorzystać w połączeniu ze sztuczną inteligencją do projektowania innowacyjnych, potencjalnych leków. Symulacje behawiorystyczne układów biologicznych na poziomie molekularnym, mogą ukierunkowywać naukowców pod kątem interakcji leków z ich celami i przewidywać ich wpływ na poszczególne, wytypowane szlaki komórkowe. Wszelkie informacje pozyskane w rezultacie prowadzenia prac badawczo-rozwojowych z wykorzystaniem AI oraz MM można wykorzystać do projektowana nowych kandydatów na leki i optymalizacji ich właściwości pod kątem nowych zastosowań medycznych.

Możliwy wpływ na strategię przedsiębiorstwa

Reasumując, kompleksowego narzędzie techniczne XXI wieku stanowiące połączenie sztucznej inteligencji i modelowanie molekularne daje duże nadzieje na przyspieszenie procesu opracowywania „kandydatów na leki”, a w konsekwencji opracowywania nowatorskich sposobów prowadzenia terapii leczniczych wobec szerokiego spectrum istniejących chorób. Wykorzystując wysoki potencjał tych technologii, Twórcy mogą projektować innowacyjne leki o zwiększonej skuteczności, bezpieczeństwie i selektywności, co ostatecznie przyniesie korzyści pacjentom i posunie naprzód dziedzinę medycyny.

Oczywiście w kontekście powyższego, rodzi się pytanie, jak nowoczesne leki będą wpływały na strategie przedsiębiorstwa i ochronę własności intelektualnej powstającej w toku prowadzenia działań badawczo-rozwojowych. Wspomniana powyżej Amerykańska agencja FDA tj. Agencja ds. Żywności i Leków będąca instytucją rządową i zajmująca się m.in. kontrolą i rejestracją leków zatwierdziła w roku 2024 wiele nowoczesnych leków, przykładowo:

• 22 listopada 2024 roku zatwierdzono lek Rapiblyk (substancja aktywna landiolol) do zastosowania w leczeniu częstoskurczu w tachykardii,
• 15 listopada 2024 roku zatwierdzono lek Revuforj (substancja aktywna revumenib) do zastosowania w leczeniu nawrotowej lub opornej na leczenie ostrej białaczki,
• 10 października 2024 roku zatwierdzono lek Itovebi (substancja aktywna inavolisib) do zastosowania w leczeniu miejscowo zaawansowanego lub przerzutowego raka piersi.

Warto również uwzględnić Europejską Agencję Leków EMA, która również zajmuje się kontrolą i rejestracją leków przy czym analogicznie do FDA, EMA zatwierdziła w roku 2024 wiele nowoczesnych leków, przykładowo:

• 14 listopada 2024 roku zatwierdzono lek Elahere (substancja aktywna mirvetuximab soravtansine) do zastosowania w leczeniu nowotworów jajnika, jajowodu oraz otrzewnej,
• 13 listopada 2024 roku zatwierdzono lek Opuviz (substancja aktywna aflibercept)

do zastosowania w leczeniu zwyrodnienie plamki żółtej, obrzęku plamki żółtej, powikłania cukrzycowego, niedrożności żyły siatkówki.

Jak wskazano powyżej, wiele nowoczesnych leków zostaje zarejestrowanych przez przedsiębiorstwa farmaceutyczne do prowadzenia różnorodnych terapii u ludzi. Jednakże z punktu widzenia strategiczno-biznesowego ochrona własności przemysłowej wydawałaby się kluczowa. Oczywiście nasuwa się wiele pytań związanych z ochroną własności przemysłowej, mianowicie:

1. Czy spółki farmaceutyczne stawiają na uzyskiwanie prawa z patentu na wynalazki?
2. Czy spółkom farmaceutycznym zależy na uzyskiwaniu jak największej ilości patentów i w jakim możliwie dostępnym czasie chciałyby uzyskać prawo z patentu?
3. Jak długo wspomniane spółki chciałyby utrzymywać prawo z patentu w mocy?
4. Jakie terytoria ochrony są dla spółek farmaceutycznych najbardziej pożądane?

Powyższe pytania zapewne stawiają sobie spółki farmaceutyczne. Ciekawym aspektem jest rosnący trend w sektorze farmaceutycznym dotyczący wzrostu ilości praw z patentu wobec nowoczesnych, wprowadzanych do obrotu gospodarczego leków do zastosowania w leczeniu ludzi. Z pewnością więc na wszystkie pytania przedstawione w niniejszym artykule oraz wszelkie inne pytania pojawiające się u zainteresowanych działalnością sektora farmaceutycznego, odpowiedzi albo są już dostępne, albo ukażą się w niedługim czasie, a jeszcze inne pozostaną tajemnicą know-how poszczególnych przedsiębiorstw.