Школьники Кавминвод узнали об алгоритме моделирования новых лекарств на суперкомпьютере ПМФИ

В пятницу, 16 марта прошел очередной лекторий в Школе юного провизора ПМФИ.

Лекции прочитали: доцент кафедры биологии и физиологии с курсами биохимии и микробиологии канд.фарм.наук Елена Олеговна Сергеева (тема «Строение биологической мембраны») и ст.преподаватель кафедры неорганической, физической и коллоидной химии канд.фарм.наук, Александр Алексеевич Глушко (тема «Компьютерное конструирование лекарств»).

В лектории приняли участие ученики 8-11 классов из СОШ №№ 2, 3, 6, 16, 29 и 30 и гимназии №11 г. Пятигорска, а также лицея №104 и гимназии №103 г.Минеральные Воды.

Чтобы нагляднее донести до ребят сложные темы, преподаватели подготовили красочные презентации.

«Мембраны представляют собой сложные структуры, обладающие характерными биологическими свойствами и выполняющие многочисленные сложные динамические функции, без которых немыслима жизнедеятельность клетки и организма в целом. Мембраны играют ключевую роль как в структурной организации, так и в функционировании всех клеток - прокариотических и эукариотических, растительных и животных. Мембраны не только разделяют клетку на отдельные компартменты, но и участвуют в регуляции всех связей и взаимодействий, которые осуществляются между наружной и внутренней сторонами этих компартментов, - рассказала Елена Олеговна Сергеева об особенностях строения биологических мембран и их физиологических функциях.

Знание многих тонкостей биохимии необходимы для последующего процесса создания лекарств. «К первоочередным задачам фармацевтической технологии следует отнести повышение растворимости труднорастворимых лекарственных веществ в воде и липидах; увеличение стабильности гомогенных и гетерогенных лекарственных систем; продление времени действия лекарственных препаратов; создание лекарств направленного действия с заданными фармакологическими свойствами, - уточнила лектор.

Именно такими свойствами обладают липосомы, т.к. они состоят из фосфолипидов и сходны по структуре с клеточной мембраной. В последнее время липосомы находят все большее признание в мире как перспективные носители лекарственных веществ, поскольку согласно результатам многочисленных клинических испытаний лекарства, вводимые в составе липосом, более эффективны и менее токсичны, чем применяемые в свободном виде. Липосомы с успехом используют в качестве моделей для изучения свойств клеточных мембран и органелл.

При изучении таких сложных процессов на помощь приходит суперкомпьютер.

В настоящее время на помощь ученым пришло молекулярное моделирование действия лекарства в живом организме, -  продолжил тему создания новых лекпрепаратов Александр Алексеевич Глушко. - Этот метод называют вычислительным экспериментом, т.к. он позволяет воссоздать в компьютере вещество и «оживить» его; увидеть, что будет происходить с лекарством в заданном участке живой клетки, например, на мембране или в рецепторе; предсказать биологическую активность вещества, которого еще в природе не существует!»

Для таких расчетов необходим СУПЕРкомпьютер. Таковой есть в лаборатории вычислительных методов в медицине и фармации Пятигорского медико-фармацевтического института и имеет производительность более 50 триллионов операций в секунду.  Основой прикладного программного обеспечения для молекулярного моделирования является программа собственной разработки «Биоэврика».

Очень важно, что уже на стадии компьютерного моделирования проводится изучение и проверка токсичности и биологической активности нового вещества; для чего просчитывается множество итераций (вариантов). В итоге это облегчает работу по доклиническим испытаниям полученного вещества.

Лектор привел конкретный пример выполненной в ПМФИ работы, а именно создание липосомальной лекарственной формы с помощью компьютерного моделирования. 

«Липосомы позволяют доставлять лекпрепараты внутрь клетки, причем ученый может подобрать состав липосомы так, чтобы она избирательно доставляла препарат в заданные патологические клетки», - рассказал Александр Алексеевич Глушко.

Это очень важно, например, для доставки онкологических препаратов в раковые клетки, т.к. известны особенности их строения и отличия от здоровых. Используя данное средство доставки (которое можно упрощенно назвать растворимым микроконтейнером) можно значительно снизить токсичность препарата и его побочные эффекты для здоровых клеток.

И в итоге - существенно повысить эффективность лечения.

«Компьютерное моделирование при создании новых лекарств уже является стандартным этапом, и от специалистов требуются междисциплинарный подход и знания в области биохимии, физики, математики и других наук», - рассказал Глушко о перспективах применения высоких технологий в профессии провизора.

Данное направление научной работы можно освоить со студенческой скамьи при обучении в ПМФИ на разных специальностях, - уточнил он. А умение применять высокие информационные технологии значительно расширяет выбор карьерных направлений будущих выпускников.

Лекцией про суперкомпьютер ПМФИ поддержал инициативу проведения 12-18 марта VII Школьной Недели высоких технологий и технопредпринимательства, которую организовали ГК Росатом, Фонд инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО), ГК Роскосмос и Сбербанк на своих площадках. Неделя проходит при поддержке Министерства образования и науки РФ в партнерстве с АНО «Агентство стратегических инициатив по продвижению новых проектов».