高科技药物设计
飞机，桥梁甚至心脏支架的设计始于计算机生成的型号，这些型号不仅详细说明了产品的外观，还详细介绍了它们在不同条件下的工作方式。近年来，科学家已经开始使用相同的方法来帮助设计新药。
以下是一些计算如何促进药物发现过程许多方面的示例，包括识别有希望的化合物，以在实验室和临床试验中进行进一步测试。
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这篇内在的生活科学文章是由与生活协会合作的国家一般医学科学研究所，一部分国立卫生研究院。
更完整的型号
大多数药物通过阻断或刺激体内特定蛋白的活性来起作用。例如，止痛药阻止涉及炎症的酶。为了创建一种将以所需方式与蛋白质靶标相互作用的药物，化学家通常从与自然分子结合的计算机结构模型开始，该模型“解锁”了生物学作用。然后，他们试图设计像天然的小分子一样。但是，这种方法仅与起始蛋白质模型一样好（和准确）。
德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员最近改进了算法，用于对蛋白质结构的简短部分进行建模。通过捕获蛋白质形状的其他细节，他们可以更好地理解，识别并预测潜在的药物分子如何结合。
预测新用途
开发新药并将其推向市场可能需要15年，并且耗资超过10亿美元。另一种选择是识别和测试FDA批准的药物以进行新用途，也称为药物重新定位。通过计算通过基因组信息的公共数据库进行筛选，斯坦福大学的研究人员与53种人类疾病相匹配，包括癌症，克罗恩病和心血管疾病，与现有的药物相匹配，这些疾病可能会作为治疗方法。
科学家证实了一些已经知道的比赛 - 验证了该方法的实用性 - 但他们也确定了一些令人惊讶的对。例如，一种用于治疗癫痫的抗惊厥药托吡酯，是炎症性肠病的良好匹配。在对大鼠和鼠标模型进行测试时，该发现保持了。
有兴趣探索具有治疗潜力的分子的化学家可以访问包含数千种化合物的文库。但是，即使在机器人技术的帮助下，在实验室中进行的有希望的很少的测试可能需要一个月。现在，包括数百万个市售化学品的数据库可以更快，更易于访问的虚拟筛选。
南方卫理公会大学的生物化学家和超级计算机一起使用这种方法来评估每天约40,000种化合物，以找到可以阻止蛋白质的蛋白质，从而使化学疗法药物降低。梳理了800万种化合物，导致了几百个可以堵塞蛋白质的热门清单，他们现在在实验室中追捕其中大约30个。
预测副作用
当药物与意外蛋白质靶标相互作用时，它们会引起副作用，其中可能包括皮疹，抑郁和其他不良影响。不利的副作用是第二个常见原因（缺乏效力），即潜在的药物在临床试验中失败。尽早预测不希望的约束活动可以节省金钱和时间。
为了测试计算机模型是否可以识别哪些药物可能会产生不良副作用，旧金山加利福尼亚大学的药物化学家与诺华研究所的毒理学家合作进行了生物医学研究。他们专注于目前有已知安全性或副作用记录的656种处方药。科学家使用有关数千种其他化合物的信息来预测药物与意外靶标和潜在副作用的结合，大约是一半的时间，这代表了向前迈出的一大步。
药物跟踪
预测副作用和药物功效的另一种方法是弄清楚药物进入人体后如何吸收，分布，代谢和排泄。
为了研究这些药代动力学过程，密歇根大学的科学家创建了一种计算工具，用于模拟细胞水平的药物运输。这些模拟使观察和操纵细胞内大量药物分子的分布成为可能，并确定哪些最有可能达到其预期靶标。科学家通过使用微观成像来跟踪体内或细胞内传播分子的分布的变化来验证结果。这些模拟可用于研究和筛查市场上的药物，并且仍在测试中。
