Medica 2021: Entwicklung von Medikamenten – Software berücksichtigt Bewegung von Atomen

Het team werkt aan de nieuwe software (v.l.n.r.): Kurt Schardt, Robin Maack en Christina Gillmann. (Foto: View/Reiner Voss)

Bij verschillende ziekten helpen vaak medicijnen. Om hun werking te kunnen ontplooien, hebben onderzoekers bijvoorbeeld nauwkeurige informatie nodig over de oppervlaktemoleculen van virussen of bacteriën. Vaak wordt bij de ontwikkeling van medicijnen de beweging van de atomen van deze moleculen over het hoofd gezien. Dit kan echter gevolgen hebben voor de werkzaamheid. Een onderzoeksteam werkt aan software die dergelijke bewegingen in overweging neemt. Het is bijvoorbeeld nuttig voor de ontwikkeling van geneesmiddelen. Op de medische technologiebeurs Medica presenteert het team van 15 tot 18 november in Düsseldorf hun werk bij de onderzoeksstand Rheinland-Pfalz (Halle 3, Stand E80).

Het duurt vele jaren van ontwikkelingswerk voordat een medicijn op de markt komt. De werkzame stof moet op de juiste plek in de juiste concentratie aanwezig zijn om zijn werking te ontplooien. Daarbij moeten zo min mogelijk bijwerkingen optreden. Een belangrijke rol bij dergelijke stoffen speelt de chemische structuur. Het gaat vaak om langketen-eiwitmoleculen. "Er is een zich herhalende basisstructuur, het zogenaamde backbone of ruggengraat, dat bestaat uit koolstof- en stikstofatomen," legt de informaticus Robin Maack uit, promovendi in de werkgroep "Computer Graphics and Human Computer Interaction" van professor Dr. Hans Hagen aan de Technische Universiteit Kaiserslautern (TUK). "Je moet je dat zo voorstellen dat de atomen niet star zijn, maar bewegen. Dit kan vooral bij de ruggengraat leiden tot sterke vormveranderingen van het molecuul."

Voor de ontwikkeling van moleculen kunnen bepaalde configuraties gevolgen hebben. Bij veel gangbare programma's die eiwitten weergeven en visualiseren, worden de bewegingsprocessen van de onderliggende atomen genegeerd. "Ze worden vaak als vaste bollen in de ruimte beschouwd, terwijl ze een zekere bewegingsruimte bezitten," legt Maack uit. "Door de bewegingen kunnen er interacties tussen de atomen ontstaan."

Maack werkt momenteel samen met zijn collega Dr. Christina Gillmann van de Universiteit Leipzig aan software die deze bewegingsruimte berekent en deze samen met de oorspronkelijke visualisatie weergeeft, zonder dat bestaande informatie wordt overschreven. "Gebruikers kunnen met de software verschillende visualisatiemethoden en kleurenschema's combineren," vervolgt Maack. "Ze is overzichtelijk ontworpen en maakt het ook mogelijk om onzekerheden in de positie van de atomen weer te geven."

De informatici voeren hun algoritme uit met gegevens van gesimuleerde en echte moleculen. Hierbij staat de beschouwing van de bewegingen van de atomen centraal. "Het programma toont nu nauwkeuriger welke delen van een molecuul stabiel zijn en welke niet," zegt Maack.

Het is vooral interessant voor de ontwikkeling van geneesmiddelen en andere werkzame stoffen. De techniek maakt het mogelijk snel te zien of het zinvol is en überhaupt mogelijk is om het molecuul te ontwikkelen en te produceren.

Op de Medica presenteert het team hun werk.