药效基因动力学

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药物效应动力学

药物效应动力学

药物效应动力学第三章药物效应动力学第一节药物的基本作用一、药物作用的性质和方式1、药物作用的性质药物作用与药物效应★药物作用—是指药物与机体细胞间的初始作用,是动因,是分子反应机制,有特异性。

(specificity)。

★药物效应机体器官原有功能水平的改变,是药物作用的结果,是机体反应的表现,对不同脏器有其选择性(selectivity)。

两种效应:兴奋:功能的提高(excitation)、抑制:功能的降低(inhibition)★两者相互通用2、药物作用方式:局部作用与全身作用二、药物作用的选择性和两重性1、选择性:亲和力、敏感性。

相对的,不是绝对分类依据,临床意义随治疗目的而异2、两重性:(1)治疗作用(Therapeutic Effect):药物所引起的符合用药目的的效应(作用)。

分为对因治疗和对症治疗。

★对因治疗(etiological treatment)(治本):消除原发致病因子的治疗★对症治疗(symptomatic treatment(治标):改善患者症状的治疗两者相得益彰(2)不良反应(Adverse reaction):凡不符合用药目的并为病人带来不适或痛苦的反应。

特点:Ⅰ多数是药物固有效应的延伸或拓展;Ⅱ可以预知,但难以避免;Ⅲ少数难以恢复(药源性疾病(drug-induced disease)类型:副反应、毒性反应、变态反应、继发性反应、后遗效应、停药反应、致畸作用①副反应(side reaction):药物在治疗剂量下引起的与治疗目的无关的不适反应。

特点:药物是治疗剂量;药物选择性低;固有作用;可预料,不严重,但难以避免;随用药目的而改变②毒性反应(toxic reaction):药物剂量过大或用药时间过长而引起的不良反应,一般较严重。

特点:药物用量大或使用时间过长;可预知,较严重,应避免类型:急性毒性:短期用药过量引起的毒性如CVS、CNS、RS);慢性毒性:长期用药引起的药物在体内蓄积而逐渐发生的毒性如肝、肾、骨髓、内分泌);特殊毒性:致癌、致畸、致突变(三致)③变态反应(allergic reaction)致敏物:药物代谢产物杂质特点:免疫反应半抗原;与剂量无关;与药物原有效应无关;药理性拮抗药无效④继发性反应(secondary reaction)由于药物治疗作用引起的不良后果,又称治疗矛盾如二重感染。

药物效应动力学

药物效应动力学

药物的基本作用
一,药物作用性质和方式 药物作用是指药物与机体生物大分子相互作用所引起的初始作用。药理效应是药物引起机体生理,生化功能 的继发性改变,是机体反应的具体表现。通常药理效应与药物作用互相通用,但当二者并用时,应体现先后顺序。 药理效应是机体器官原有功能水平的改变,功能增强称为兴奋;功能减弱称为抑制。 药物作用的方式,根据药物作用部位分为局部作用和吸收作用。局部作用指在用药部分发生作用,几无药物 吸收。吸收作用又称全身作用,指药物经吸收入血,分布到机体有关部位后再发挥作用。 二,药物的治疗作用 药物的治疗作用指患者用药后所引起的符合用药目的的作用,有利于改变病人的生理,生化功能或病理过程, 使机体恢复正常。根据药物所达到的治疗效果分为对因治疗和对症治疗。 三,药物的不良反应 凡是不符合用药目的的并给患者带来不适或痛苦的反应统称为药物的不良反应。
药物效应动力学
学科名称
01 药物的基本作用
目录
02 药物的量效关系
03 药物的构效关系
04 药物的作用机制
05 受体学说
06 时间药效学
药物效应动力学简称药效学,是研究药物对机体的作用及其规律、阐明药物防治疾病的机制的学科。药物在 治疗疾病的同时,也会产生不利于机体的反应(Untoward Reaction or AdverseReactiபைடு நூலகம்n),包括副作用(Side Effect )、毒性反应(Toxic Reaction)、变态反应(Allergy Reaction)、继发性反应(Secondary Reaction)、 后遗效应(Residual Effect )、致畸作用(Teratogenesis)等。
受体学说
一,概念和特性 受体是一类介导细胞信号转导的功能蛋白质,能识别周围环境中的某些微量化学物质,首先与之结合,并通 过中介的信息放大系统,如细胞内第二信使的放大﹑分化﹑整合,触发后续的药理效应或生理反应。一个真正的 受体具有以下特征:1,饱和性;2,特异性;3,可逆性;4,高灵敏度;5,多样性。 二,受体的类型 根据受体蛋白结构﹑信息转导过程﹑效应性质﹑受体位置等特点,可分为四类: 1,离子通道受体(配体门控通道受体),这一家族是直接连接有离子通道的膜受体,存在快反应细胞膜上, 由数个亚基组成,起着快速的神经传导作用。 2,G蛋白偶联受体,这一家族是通过G蛋白连接细胞内效应系统的膜受体。 3,具有酪氨酸激酶活性的受体,这一家族是结合细胞内蛋白激酶,一般为酪氨酸激酶的膜受体。 4,调节基因表达的膜受体。

药理学课件 第一章 药物效应动力学

药理学课件   第一章 药物效应动力学
原因:个体差异、病理状态或药物合用
由于病人对药物敏感性高,
用量过大或过久对机体功能、形态产生损害。
急性毒性 LD50 慢性毒性
后遗效应 residual effect
停药后血药浓度降至阈浓度以下时残存的生物效应
可是短暂的,由药物作用直接引起: 如腰麻后出现的尿潴留; 苯巴比妥催眠 头晕、困倦
半抗原, 生物制品 全抗原 与剂量无关 仅见于少数过敏质病人
青霉素 链霉素 氯霉素 磺胺
补体
Ⅰ型过敏反应 休克,哮喘 Ⅱ型溶细胞反应 溶血, Ⅲ型免疫复合物反应 类风湿
T 细胞 迟发型Ⅳ型变态反应 移植排除
特异质反应 (idiosyncrasy)
少数病人由于基因变异或缺陷,药动学和药效 学过程异常,用药后发生与药物本身药理作用无关 的有害反应。
25
第三节 药物作用机理
① 特异性作用: 药物能与靶蛋白(受体、酶、离子通道等)特异性结合, 诱发特定的细胞内信号转导、生理、生化效应; 这类药物与靶蛋白的亲和性高,效价强度较大.
② 非特异性作用: 药物通过改变细胞周围的理化条件发挥药效,其效应与药物的 理化性质有关,如解离度、溶解度、酸碱度、渗透压等; 选择性较差;效价强度较小。
二 药物治疗作用 therapeutic effect
指符合用药目的、 具有防治疾病效果的作用
预防: 疫苗 抗感染
具有防治疾病效果
对因治疗 etiological treatment 针对病因治疗 对症治疗 symptomatic treatment 改善症状,不除病因
急则治标,缓则治本
二、不良反应adverse drug reaction (ADR)
从量反应 量效曲线 所获参数
最小有效量—能引起药理效应的最小剂量 (阈剂量 threshold dose)

药物代谢动力学与药效学的研究进展

药物代谢动力学与药效学的研究进展

药物代谢动力学与药效学的研究进展药物代谢动力学和药效学是药物研究重要的两个方面,也是现代医学的基础。

本文将介绍药物代谢动力学和药效学的定义、研究进展、应用和未来发展方向。

一、药物代谢动力学的研究进展药物代谢动力学是研究药物在人体中的消除过程的学科,主要涉及药物吸收、分布、代谢和排泄等方面。

研究该领域的目的是为了了解药物的代谢动力学特征、优化药物治疗方案、降低药物治疗的毒副作用等。

随着现代分子生物学技术的发展,药物代谢动力学的研究也得到了极大的提高。

药物评价体系的建立,药物靶点、受体及其下游信号通路等分子生物学领域的发现,生物化学、分子细胞学等学科的发展,对药物代谢动力学研究都提供了技术和理论基础。

目前的药物代谢动力学研究主要包括以下几个方面:(一)药物代谢酶和药物的相互作用药物代谢酶是人体中参与药物代谢最为关键的蛋白质。

药物代谢酶与药物的相互作用,是研究药物代谢动力学的重点内容之一。

药物代谢酶包括细胞色素P450系列酶、甲氧基化酶、葡萄糖醛酸转移酶等。

近年来,通过生物信息学方法的开发,越来越多的酶与药物之间的相互作用得到了发现,为新药开发提供了技术支持。

(二)药物代谢酶与药物的药代动力学模型药物代谢酶与药物的药代动力学模型是研究药物代谢动力学最重要的模拟工具之一。

其中,基于药物代谢酶的药代动力学模型已经得到了广泛应用。

药物代谢酶的数量和活性可通过拟合药物剂量与体内药物浓度关系得到,进而用于研究药物的代谢及消除特性。

(三)药物代谢异常与个体化用药药物代谢异常是指由于药物代谢酶的基因缺陷或酶活性变化等导致的药物代谢变化。

药物代谢异常的个体化差异可引起药物的毒副作用和药效差异,严重时可能导致个体化用药失败。

因此,药物代谢异常的研究和检测工作已经启动,并逐步转化为临床诊断和治疗工作的一部分。

二、药效学的研究进展药效学是研究药物在人体内的产生效应的学科。

它涉及药物在生理机制、药理学、生化学、分子生物学等各方面的作用,主要用于评估药物对某一疾病的治疗作用和不良反应等。

药物效应动力学

药物效应动力学

半最大效 应浓度
效能:C 最大,A=B=D
C
效价:A>B>C>D
A
B
D
④效价强度(potency ★★)
引起相同效应的药物剂量
效能 ⑤恒量药物作用强度
效价
Effect dose
但临床上常用效能作为药物作用强度分类的指标
⑶ 曲线中段的斜率 愈陡→作用愈剧烈 越平坦→作用愈温和
2. 质反应量效曲线(见图)
5-6mg
2
6-7
4
7-8
8
8-910Fra bibliotek……
19-20
2
累加数 2 6 14 24
98 100
ED50
LD1
LD5
ED99 LD50
⑵几个特定位点
①半数有效量(median effective dose, ED50 ) 能引起50%受试对象产生某种治疗效应的剂量
②半数致死量(median lethal dose,LD50) 能引起50%受试动物产生死亡的剂量
当两药亲和力相等时,其效应取决于内在活性的强弱 当两药内在活性相等时,Emax不变。
作用于受体的药物分类
▪ Affinity————KD表示
引起最大效应(50% 受体被占领)一半时 所需药物剂量。
KD越大,亲和力越低。 亲和力∝1/KD
log1/KD = -logKD = pD2(亲和指数) pD2与亲和力成正比 ▪ intrinsic activity————α 表示
▲ 3.后遗效应( residual effect) ▲ 4.停药反应(withdrawal reaction)又称回跃反应
(rebound reaction ) 指突然停药原有的疾病加剧.

药代动力学在新药研发中的作用

药代动力学在新药研发中的作用

药物代谢与排泄的研究
药物代谢
研究药物在体内的代谢过程,包括酶促反应和非酶促反应,有助于了解药物在体内的转化和消除。
药物排泄
研究药物从体内排出的途径和机制,有助于了解药物的消除速率和途径。
药物疗效与安全性的评估
疗效评估
通过药代动力学研究,可以评估药物 在体内的浓度与疗效之间的关系,为 临床试验提供依据。
通过机器学习算法,可以对大规模的药代动力学数据集进行深入分析, 发现潜在的药物作用模式和规律,有助于预测新药的疗效和安全性。
人工智能技术还可以用于建立药物相互作用的预测模型,有助于评估新 药与其他药物联合使用的潜在风险和益处。
创新药物剂型的药代动力学研究
随着药物制剂技术的发展,越来越多的创新药物剂型被开发 出来,如纳米药物、脂质体、药械结合产品等。这些新型药 物剂型的药代动力学特性与传统剂型有所不同,需要进行深 入的研究。
药物反应差异
动物对药物的反应可能与人类不 同,这可能影响药物在动物模型 中的药代动力学表现。
药物代谢酶的差异
动物和人类在药物代谢酶的表达 和活性上可能存在差异,这可能 影响药物的代谢和排泄。
药物代谢与排泄的预测精度
预测模型的不确定性
目前的药物代谢与排泄预测模型可能存在不确 定性,导致预测精度有限。
预测药物安全性 通过药代动力学研究,可以了解 药物对机体的影响和潜在的副作 用,为药物安全性评估提供依据。
02
药代动力学在新药研发中 的应用
药物吸收与分布的预测
药物吸收
预测药物在体内的吸收速率、程度和 机制,有助于确定最佳给药途径和剂 量。
药物分布
研究药物在体内的分布特征,有助于 了解药物在靶组织中的浓度和作用。
药代动力学在新药研发中的重要性

药物代谢动力学

药物代谢动⼒学药物代谢动⼒学(pharmacokinetics)简称药代动学或药动学,主要是定量研究药物在⽣物体内的过程(吸收、分布、代谢和排泄),并运⽤数学原理和⽅法阐述药物在机体内的动态规律的⼀门学科。

确定药物的给药剂量和间隔时间的依据,是该药在它的作⽤部位能否达到安全有效的浓度。

药物在作⽤部位的浓度受药物体内过程的影响⽽动态变化。

在创新药物研制过程中,药物代谢动⼒学研究与药效学研究、毒理学研究处于同等重要的地位,已成为药物临床前研究和临床研究的重要组成部分。

[1]包括药物消除动⼒学⼀级消除动⼒学:单位时间内消除的药量与⾎浆药物浓度成正⽐,⼜叫恒⽐消除零级消除动⼒学:单位时间内体内药物按照恒定的量消除,⼜叫恒量消除药物代谢动⼒学的重要参数:1、药物清除半衰期(half life,t1/2),是⾎浆药物浓度下降⼀半所需要的时间。

其长短可反映体内药物消除速度。

[1]2、清除率(clearance,CL),是机体清除器官在单位时间内清除药物的⾎浆容积,即单位时间内有多少体积的⾎浆中所含药物被机体清除。

使体内肝脏、肾脏和其他所有消除器官清除药物的总和。

[1]3、表观分布容积(apparent volume of distribution,Vd),是指当⾎浆和组织内药物分布达到平衡后,体内药物按此时的⾎浆药物浓度在体内分布时所需的体液容积。

[1]4、⽣物利⽤度(bioavailability,F),即药物经⾎管外途径给药后吸收进⼊全⾝⾎液循环药物的相对量。

可分为绝对⽣物利⽤度和相对⽣物利⽤度。

[1]基本结构编辑细胞膜和亚细胞膜(线粒体膜、微粒体、细胞核膜、⼩囊泡膜)总称为⽣物膜。

⽣物膜主要由蛋⽩质(60-75%)与不连续的脂质双分⼦层(25-40%,主要是磷脂)所组成。

蛋⽩质分布在脂质层的两侧,有些则嵌⼊膜内部。

膜上有膜孔(直径约8Å)及特殊转运系统。

由于⽣物膜主要由脂质构成,故脂溶性药物易通过;由于具有膜孔,所以⽔及⽔溶性、⾮极性⼩分⼦药物也能通过;由于有特殊的转运系统,所以⽔溶性⼤分⼦物质也能选择性地通过⽣物膜。

药物效应动力学复习笔记

药物效应动力学复习笔记一、药物的作用1.药物靶点和药物作用机制●药物靶点●受体、酶、离子通道、转运体、结构蛋白(如微管蛋白)、功能蛋白(如信号蛋白和转录因子)、基因等●药物作用机制●药物作用机制是指进入人体内的药物分子对体内靶点的原发作用●药物与这些靶点作用后发生的信号转导过程、代谢变化、基因或蛋白表达变化、电活动改变、功能或形态学改变等,都是药物产生的效应2.药物的治疗作用●定义:药物的治疗作用指药物对机体组织发挥的有利作用●分类●对因治疗●对症治疗3.不良的药物反应●定义:药物在治疗剂量下发生的对人体有害的和意想不到的反应●类型●副作用●应用治疗量药物出现的与治疗无关的反应●毒性反应●用药剂量过大或用药时间过长导致的严重不良反应。

如强心苷导致的心律失常●过敏反应(变态反应)●药物作为抗原或半抗原刺激机体产生免疫反应引起生理性功能障碍或组织损伤●基因毒性●致畸、致癌、致突变●特异质反应●个体对一种药物发生有别于常人的特殊反应,通常是遗传缺陷所致。

如蚕豆病是由于先天性缺乏葡萄糖-6-磷酸脱氢酶导致的易溶血●光敏反应●用药后暴露于阳光下产生的皮肤超敏反应●药物依赖性●某些麻醉药品或精神药品在患者连续使用后能产生依赖性,表现为对该类药物继续使用的欲望●分类●躯体依赖性●精神依赖性●继发作用●药物治疗作用使用不当引起的不良后果。

如广谱抗生素引发的二重感染●停药反应●长期用药突然停药导致原有疾病重新出现甚至加剧●后遗效应●指停药后,血药浓度降至阈浓度以下时,残存的效应。

如巴比妥类的宿醉效应4.药物作用的选择性和两重性●选择性●药物作用的选择性是指机体各组织器官由于受体种类、信号通路、代谢类型等的不同,对药物的反应性不同。

取决于药效学特性●两重性●治疗作用与不良反应有时根据治疗目的而互换,称为药物作用的两重性二、药物的特异性作用机制1.药物的特异性作用●激动或拮抗受体●影响自身活性物质●影响神经递质和激素的分泌●影响离子通道●与基因的作用●一些抗肿瘤药物如环磷酰胺、顺铂与DNA共价结合,使DNA烷基化,干扰有丝分裂●多柔比星插入到DNA两股链之间,影响DNA合成●与酶的作用2.药物与受体的作用●受体的概念●受体是一类介导细胞信号转导的功能蛋白质或蛋白质与多糖等形成的复合物●能与受体结合的物质如神经递质、激素、自体活性物质,称为配体或配基● 受体的特性●特异性●一种特定受体只与它特定的配体结合,产生特定的生理效应,而不被其他生理信号干扰●高亲和性●受体对其配体的高亲和力相当于内源性配体的生理浓度,其表观解离常数Ka值一般在nmol/L水平●饱和性●在每一细胞或每一定量的组织内,受体的数量是有限的●可逆性●绝大部分情况下,配体与受体的结合是可逆的;少数情况呀药物与受体共价键结合,不能解离,需待受体被代谢时才能失去作用●受体的命名和分类●受体的命名●分类●按受体位置分●细胞膜受体●位于细胞膜上,种类最多,如肾上腺素受体、血管紧张素受体、多巴胺受体等●胞质受体●位于细胞胞质内,如肾上腺素受体●胞核受体●位于细胞的胞核内,如过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)●按信号传导机制分类●含离子通道的受体,如GABA受体●G蛋白偶联受体,如肾上腺素受体、多巴胺受体●酪氨酸激酶受体,如胰岛素、生长因子等●调节基因表达的受体,如甾体激素、甲状腺激素●第二信使和细胞内信号通路●第一信使:多肽类激素、神经递质、细胞因子、药物等细胞外信使物质●第二信使:环磷酸腺苷(cAMP)、环磷酸鸟苷(cGMP)、二酰甘油(DG)和三磷酸肌醇(IP3)以及PGs、Ca⁺和NO等(NO既有第一信使特性,又有第二信使特性)●第三信使:负责细胞核内外信息传递,如生长因子、转化因子●受体的调节●向上调节和向下调节●向上调节●长期使用某种受体拮抗剂药物,受体增敏且数目向上调节●向下调节●长期使用某种受体激动剂药物,受体脱敏且数目向下调节●同种调节和异种调节●同种调节●配体作用于其特异性受体,使自身的受体发生变化●异种调节●配体作用于其特异性受体,对另一种受体产生的条件作用三、 药物的非特异性作用机制1.渗透压作用●如甘露醇的脱水作用2.脂溶作用●如全身麻醉药对中枢神经系统的麻醉作用3.化学性作用●如抗酸药中和胃酸4.结合作用●如二巯丙醇结合汞、砷等重金属离子而解毒;环糊精衍生物舒更葡糖可以结合甾体类肌松药罗库溴胺、维库溴铵等,加快肌松的恢复5.吸附作用●活性炭作为肠道吸附性解毒药6.抗氧化作用●一些氧化剂具有直接的化学性抗氧化作用四、药物作用的量化关系1.药物量效关系中的激动与拮抗●激动剂α>1●特点●与受体高亲和力,高内在活性,能与受体结合产生最大效应Emax,也称完全激动剂●亲和指数pD₂●药物与受体结合50%的浓度的负对数值,表示药物与受体亲和力的常用药效学参数,大小与亲和力的高低呈正相关●量效关系曲线●效应:药物浓度●双曲线●●最大效应百分率:浓度对数●对称S型曲线●●效应百分率倒数:药物浓度倒数●直线●●部分激动剂0<α<1●特点●亲和力较强但内在活性低,产生较小反应;低剂量单用时产生激动效应,高剂量时可拮抗激动药的药理作用●相互作用●完全激动剂产生的效应可被部分激动剂竞争者抑制。

药物与基因组的相互作用机制

药物与基因组的相互作用机制在医学领域,药物治疗是应对各种疾病的重要手段之一。

然而,人们逐渐认识到,相同的药物在不同个体身上可能产生截然不同的疗效和副作用。

这一现象背后的关键因素之一,便是药物与基因组之间复杂而微妙的相互作用。

要理解药物与基因组的相互作用机制,首先需要明白基因组是什么。

简单来说,基因组是生物体携带的整套遗传信息,它就像是一份详尽的“蓝图”,决定了生物体的各种特征和功能。

而药物进入人体后,会与这个“蓝图”所编码的各种分子相互作用,从而影响药物的吸收、分布、代谢和排泄过程。

药物的吸收环节,个体间基因组的差异可能会影响药物进入体内的效率。

例如,某些人的肠道细胞表面受体的基因发生变异,可能导致药物吸收减少,使得药物无法达到有效的治疗浓度。

而在药物的分布过程中,基因组也起着重要作用。

一些基因会影响药物在体内各组织器官的分布情况。

比如,与血液中蛋白质结合相关的基因发生变化,可能会改变药物与蛋白质的结合能力,进而影响药物在体内的分布范围和浓度。

代谢是药物在体内发生化学变化的过程,这也是药物与基因组相互作用的关键环节之一。

细胞中的酶类,特别是参与药物代谢的酶,其编码基因的变异会显著影响药物的代谢速率。

以常见的细胞色素 P450酶系为例,不同个体中相关基因的多态性会导致这些酶的活性不同。

有的人酶活性较高,药物代谢迅速,可能需要增加药物剂量才能达到治疗效果;而另一些人酶活性较低,药物代谢缓慢,相同剂量下可能会导致药物在体内蓄积,增加副作用的风险。

药物的排泄同样受到基因组的调控。

肾脏和肝脏等器官中负责排泄药物的转运蛋白,其基因的变异可能影响药物从体内排出的速度。

如果这些基因发生异常,药物可能在体内停留时间过长,导致药物浓度过高,引发不良反应。

除了对药物的药代动力学(药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄过程)产生影响,基因组还可以通过影响药物的药效动力学来改变药物的疗效。

药效动力学关注的是药物如何与体内的靶点相互作用,从而产生治疗效果。

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选取摘录75000+文献,基于六大医学信息注释模型, 构建15000+循证临床注释和知识图谱
6)患有慢性病需长期 服药的患者
药剂科、检验科、转化医学中心、及第三方检验机构等的个体化用药基因检 测
PGX项目院外模式
模式一:样本外送服务流程
1 遗传咨 询
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出具报告
报告解读
个体化治疗方 案
PGX项目进院模式
模式二:医院内部开展PGX项目一站式流程
整体解决方案核心优势-分析算法优势
开发单体型转换器软件,并申请国家发明专利,极大提高基因分型的准确性和高效 性单倍。体基因型在遗传学上是指在同一染色体上进行共同遗传的多个基因座上等位基因的组合,
深刻影响药物的药代动力学、药效动力学,传统的检测技术只检测单个位点,很难确定单倍体基 因型,不能对药物安全性进行准确评估。
CYP2D6
CYP2D6*10
单倍体基因型转换器意义
CYP2D6 CYP2C19
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Future Med. Chem. (2011) 3(8), 901–904
Thierry Langer
Prestwick Chemical SAS, Parc d’Innovation, Boulevard Gonthier d’Andernach, F-67400 Strasbourg-Illkirch, France Tel.: +33 369 201 617 E-mail: nger@ prestwickchemical.fr
10.4155/FMC.11.34 © 2011 Future Science Ltd
and development to enhance the output of new drugs significantly in order to maintain their shareholder value. Considering that only one out of three drugs reaching the market recovers the original investment made, and taking into account the number of compounds that undergo attrition in preclinical research, the average success rate of approximately one in ten from first-in-man to market is ridiculously low. Have computational methods in drug design helped so far to enhance the chance of success? And, if so, which methods have been proven to be especially suited for use directly by the ones implicated in the making of new bioactive molecules, the medicinal chemists? In the author’s view and experience, the gap between computational chemists and medicinal chemists can only be bridged if there is a common language between them that allows for easy communication. A medicinal chemist who encounters a computational chemist who is using methods that the medicinal chemist does not fully understand, will not trust the results presented to him. Neither will he have confidence, if there is a magic black box used for making predictions about the quality (and the faith) of the compounds he is designing and will be synthesizing. How can this gap be bridged? There have been numerous attempts to offer software programs to medicinal chemists to assist them in making decisions on prioritizing compounds over others. Many of these attempts have failed because of high complexity, low user friendliness and lousy prediction capabilities of different software solutions. Some have been more successful, especially when they were using concepts that medicinal chemists already use intuitively when thinking about their molecules. One of these successful approaches that can be considered is the pharmacophore modeling technique developed and refined over several decades.
Keywords: pharmacophore elucidation n 3D database search n structure-based pharmacophore
Designing and synthesizing the next blockbuster drug molecule is the holy grail of nearly every medicinal chemist actively involved in pharmaceutical research. Some of them have succeeded, and a compound imagined by their brain and made by their skilful hands has been introduced onto the market as a new chemical entity, after a long and tedious process full of hurdles, potential pitfalls and drawbacks. A few of these drugs have reached blockbuster status, that is, have generated revenues in the multibillion dollar range. A team of hundreds of scientists in different fields have contributes their expertise and their commitment to the development of such a drug. But at the very beginning there is the imagination, the intuition, the knowledge of a medicinal chemist or a team of medicinal chemists who guide the first steps on the ladder: the hits obtained in the initial screen; the leads obtained in the hit to lead transformation; and finally the candidate obtained after the lead optimization process. An enormous amount of information has been generated in recent decades of ‘rational’ drug discovery and development. Has this information been transformed into knowledge? Is there any chance that this information can ever be transformed into knowledge, which can be used by others in the field? Or is a successful medicinal chemist still a magician, an alchemist, able to transform anything into gold, knowing that a blockbuster is several orders of magnitude more worth than this metal. Today, more than ever, pharmaceutical industry faces considerable challenges, both fiscally and politically. On the one hand, increasing R&D costs, impinging on productivity, almost correlate with increasing rates of attrition. On the other hand, governments around the world trying to contain costs in their healthcare budgets forces enterprises involved in drug discovery
ISSN 1756-8919
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Editorial | Langer
In fact, the concept of pharmacophores has been used in drug research for many years [1] . It is based on the assumption that the molecular recognition of a biological target shared by a family of compounds can be described by a set of common features that interact with a set of complementary sites on the biological target. Such features are quite general, as hydrogenbond donors, hydrogen-bond acceptors, positively and negatively charged or polarizable, hydrophobic regions, or metal–ion interactions, and they are the same elements that medicinal chemists use in their imaginational design process. In addition to their nature, the 3D relationship between each of the features is another key component of the pharmacophore description, which sometimes is missing in the medicinal chemist’s imagination, since most of them have been trained extensively in conceiving structures in 2D. However, as the featurebased pharmacophore concept is closely linked to the widely used principle of bioisosterism, it is quite understandable that medicinal chemists have largely adopted it when designing their bioactive compound series. Although the first definition of the pharmacophore as a concept had been attributed to Ehrlich, recently Van Drie [2] wrote that it was Kier who introduced it in a series of papers in the late 1960s and early 1970s [3,4] when describing common molecular features of ligands of important central nervous system receptors, followed by Höltje in 1974 [5] . In these early studies, the pharmacophore models were mainly deduced manually, assisted through the use of simple interactive molecular graphics visualization programs. Later, the diversity and steadily growing complexity of molecular structures that characterize drug discovery have led to the development of sophisticated computer programs for the determination, manipulation and use of pharmacophore models. A considerable number of books, book sections and reviews [6–13] on this approach exist today, the most recent comprehensive one published being that by Leach et al. [14] . Still, the basic concept of pharmacophore models as simple geometric representations of key molecular interactions remain unchanged. Such featurebased pharmacophore models have found extensive use in medicinal chemistry for hit-and-lead identification, and during the subsequent lead to candidate optimization. The simplicity of pharmacophore representations does also inevitably mean that it cannot explain everything about the binding of a ligand to its biological target. It
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