De Fleming als algoritmes

• #Big Data
• #Essentials
• #Research

• Share it:

L’ús d’extractes naturals amb finalitats medicinals es remunta centenars d’anys enrere, però és només des de la segona meitat del segle passat que la cerca i disseny de fàrmacs ocupa un lloc important com a camp d’investigació en el món científic.

Una mica d’història

Amb la troballa de la penicilina el 1928 per Alexander Fleming i els inicis de la seva producció en massa durant la Segona Guerra Mundial, la indústria farmacèutica i l’acadèmia van viure els primers passos d’una disciplina que faria el seu boom durant la següent dècada i s’arrelaria a la societat i al mercat posteriorment.

L’any 1940, dos científics del Regne Unit, Florey i Heatley, van idear un mètode per produir penicilina en massa i tot seguit van viatjar d’Oxford als EUA amb la intenció de vendre la seva idea a companyies farmacèutiques. Un parell d’anys després, es va tractar amb èxit una pacient amb penicilina produïda en un procés industrial per Merck & Co. Tot i representar un avenç notable, la producció en massa de medicaments era encara jove i poc eficient. En el tractament de l’Anne Miller, la primera pacient medicada amb penicilina industrial, la meitat de la producció de l’antibiòtic va ser administrada i fins a finals d’aquell any, el tractament de deu pacients va ser suficient per esgotar les existències dels EUA. Els següent anys van ser una cursa d’avenços no només per estar al capdavant de la Segona Guerra Mundial, sinó també, d’alguna manera, salvar les vides d’aquells ciutadans que havien sigut enviats a primera línia de combat. El 1945 va arribar el punt i final del conflicte bèl·lic i la penicilina industrial va veure com la seva producció augmentava fins 646 bilions d’unitats anuals.

Els anys posteriors van significar la incorporació dels antibiòtics a l’atenció mèdica rutinaria i, amb el seu ús, sovint indiscriminat, va començar un problema que encara amenaça la nostra salut avui, la resistència bacteriana. La síntesi orgànica, procés amb el que és possible fabricar variants funcionals d’un compost, no només va posar un fre temporal al problema de la resistència als antibiòtics, sinó que amb el seu creixement es van aconseguir fàrmacs per a malalties aleshores sense cura. Aquest mètode va oferir la promesa de que si un compost podia ser formulat, llavors també podia ser virtualment sintetitzat. A mesura que s’anava sofisticant, la síntesi orgànica va assumir una posició central en el disseny de fàrmacs i, tot i que purament empírica, va mostrar una gran efectivitat durant les posteriors dècades.

El professor Alexander Fleming al seu laboratori. / Foto: Wikimedia Commons

Amb l’entrada als anys vuitanta, la revolució computacional va sacsejar i impulsar la majoria de camps d’investigació i la recerca en disseny i desenvolupament farmacològic no va ser una excepció. Les millores informàtiques juntament amb els refinaments en l’obtenció d’estructures tridimensionals, especialment en la cristalografía, van canviar el paradigma instaurat des dels anys seixanta. La cerca aleatòria i experimental de compostos competia ara amb el disseny racional de fàrmacs. El disseny guiat per computadors va gaudir d’uns quants èxits, però es va mostrar poc efectiu en comparació amb la investigació de forma empírica, tot i que aportava alguns avantatges en termes de reducció de costos i temps invertit. Així doncs, la indústria va apostar per integrar les dues corrents en els seus processos i l’acadèmia va seguir aprofundint i expandint les possibilitats que els avenços tecnològics portaven a aquest camp d’estudi.

«Una nova revolució tecnològica: big data i intel·ligència artificial»

A mesura que la capacitat de computació creixia, també ho feia l’efectivitat i precisió dels mètodes basats en eines informàtiques. L’inici del mil·lenni va suposar l’expansió de la computació d’alt rendiment i de l’emmagatzematge massiu de dades. Ambdues van fer possible l’anàlisi d’un número immens de compostos en un temps rècord. Els mètodes computacionals van veure com cada vegada ocupaven un lloc més transcendental en la reducció de costos i en l’estudi i disseny d’innovadors compostos per tractar malalties fins llavors sense solució.

Els reptes del segle XXI

A dia d’avui ens trobem immersos en una nova revolució tecnològica: la del big data i la intel·ligència artificial. I, com ja va passar anys enrere, les branques d’aquesta revolució han tornat a tocar a la indústria i recerca farmacèutiques.

A principis d’aquest any, una notícia saltava als mitjans: una start-up del Regne Unit basada a Oxford ha aconseguit crear un fàrmac llest per començar assajos clínics en humans utilitzant només tècniques d’intel·ligència artificial. L’empresa Exscientia, en col·laboració amb la farmacèutica japonesa Sumitomo Dainippon Pharma, ha dissenyat aquest compost per tractar pacients amb trastorn obsessiu-compulsiu (TOC). El disseny i desenvolupament d’aquesta molècula s’ha pogut fer en un temps extraordinari: només dotze mesos per deixar-la a les portes de les primeres proves en humans. Aquest temps suposa una reducció dràstica del temps habitual que un fàrmac triga a arribar fins aquest punt, que és de mitjana uns quatre anys i mig. La plataforma d’intel·ligència artificial de la start-up britànica fa servir un conjunt d’algoritmes que decideixen quina és la millor estructura química pel compost, conegut ara com a DSP-1181, per poder ser efectiu en una molècula que actua com a receptor al cervell i que està involucrada en el TOC.

Gràcies al seu mètode, només s’han hagut d’analitzar experimentalment uns 350 compostos, xifra que suposa una reducció del 80% respecte als procediments fins ara utilitzats. Teòricament, la plataforma pot ser aplicada a qualsevol tipus de fàrmacs: se’n podrien veure beneficiats des d’aquells necessaris per a pacients oncològics fins aquells per a malalts amb patologies cardiovasculars, a l’espera encara dels resultats dels primers assajos clínics del DSP-1181.

Gairebé cent anys després de que l’atzar portés al doctor Fleming a descobrir el primer antibiòtic de la història, el disseny de fàrmacs es veu ara completament racionalitzat. La penicilina va suposar un abans i un després en el tractament d’infeccions i, entre d’altres grans contribucions, va fer possible l’expansió de les cirurgies disparant les probabilitats de sobreviure al procediment postoperatori.

A dia d’avui, hem aconseguit revertir el procés, reduint cada cop més el paper que la sort juga en la recerca farmacològica. Decidint a quina malaltia volem posar remei, ara tenim el potencial per construir un compost des de zero amb capacitat per actuar de la manera més convenient. Aquest canvi de 180º ha sigut possible gràcies a l’estreta relació que s’ha establert entre recerca i avenç computacional. I, si aquest últim segueix el ritme que sempre l’ha caracteritzat, la dècada en la que entrem promet estar plena de canvis i innovació en el disseny i desenvolupament de fàrmacs.