Bioinfoqsar

Rezultate
English

Bugetul proiectului

Valoarea proiectului (include si alte surse atrase) : 1.173.523 lei
Valoarea contractului (sursa numai buget de stat): 1.108.887 lei
Valoare cofinantare: 64.636 lei

Etapa 1 - an 2007

Obiective specifice fazei 1 de executie a proiectului:

1. Definirea metodologiei de studiu, desfasurarea de studii, analize bibliografice, derularea unui screening virtual a unor baze largi de date pentru selectia moleculara si caracterizarea structurala a claselor moleculare tinta; initierea unei banci de date proprii, privind clasele de agenti antitumorali din terapeutica actuala.
2. Studii preliminare de toxicitate in vitro a analogilor nucleozidici.
3. Studii, analize ale cerintelor impuse aplicatiei software dedicate; proiectarea unei aplicatii software QSAR dedicate.

Etapa 2 - an 2008

Obiective specifice fazei 2 de executie a proiectului :

1. Proiectarea si realizarea software-lui QSAR specializat;
2. Dezvoltarea de modele QSAR robuste pentru activitatea antitumorala în serii medicamente antitumorale conventionale;
3. Testarea in vitro a activitatii în model celular si a influentei asupra suportului enzimatic.

Rezumatul etapei 2

In desfasurarea acestei faze de executie a proiectului s-a urmarit structurarea unui program analiza QSAR in serii congenere de compusi standard cu actiune anticanceroasa si anume in clase analogilor de acid folic (avand ca reprezentand Metotrexatul) apoi a derivatilor pirimidinici din clasa 5-Fluorouracilului, cu evidentiarea in silico a profilului farmacodinamic al unui nou derivat Ent-fluorouracilului avand o promitatoare actiune similara 5FU.Modelele QSAR astfel alcatuite si-au dovedit capacitatea predictive pentru o serie de proprietati toxicologice in vitro evaluate pe culture celulare.

In aceasta etapa s-a realizat un studiu in vitro privind efectele exercitate de inhibitori ai biosintezei nucleotidelor asupra celulelor normale normale si canceroase. S-a investigat metotrexatul (MTX) –inhibitor al dihidrofolat reductazei si al timidilat sintazei–, leflunomidul (metabolitul activ A771726) –inhibitor al dihidroorotat dehidrogenazei– si antimetabolitul pririmidinic fluorouracil (5-FU). S-a studiat efectul acestor anti-metaboliti asupra viabilitatii/multiplicarii celulare si asupra ciclului celular.

Modelarea proceselor biologice induse de 5-FU asupra celulelor leucemice Jurkat si U937 reprezinta baza de studiu a unui nou analog nucleozidic bazat pe 5-FU, ent-27-5FU, sintetizat de INCD Chimico-Farmaceutice (colectivul Dr. Tanase Constantin), cu potentiale efecte anti-canceroase.

In ceea ce priveste studiul interferentei agentilor terapeutici antitumorali standard cu activitatea unor enzime relevante, s-a realizat un studiu in vitro privind efectele exercitate de inhibitori ai biosintezei nucleotidelor asupra functionalitatii celulelor canceroase. S-a investigat actiunea metotrexatului (MTX) – inhibitor al dihidrofolat reductazei si al timidilat sintazei –, asupra activitatii glutation peroxidazei, componenta a sistemului enzimatic antioxidant de protectie al celulelor U937, linie celulara transformata de histiocite cu fenotip de monocit.

Etapa 3 - an 2009 (15 sept. 2009)

Obiective specifice fazei 3 de executie a proiectului :

1. Realizarea software-lui QSAR specializat;
2. Proiectarea si experimentarea unor modele robust QSAR/QSPR, predictive pentru activitatea antireumatice pentru agentii antireumatici cu o componenta antitumorala (citostaticele Drug Modified Antirheumatic Drugs - DMARDs);
3. Evaluarea in vitro, in model celular, a activitatii agentilor terapeutici standard cu activitate antireumatica;
4. Testarea in vitro a influentei asupra suportului enzimatic.

Rezumatul etapei 3:

A. In desfasurarea acestei faze de executie a proiectului s-a urmarit structurarea unui program de analiza QSAR in serii congenere de compusi standard cu actiune antireumatica corelat cu actiunea antitumorala (clasa citostaticelor DMARDs). S-au derulat analize QSAR pentru gasirea Familiei de Descriptori Moleculari, a functiilor de conectivitate QSAR/QSPR de modelarea a predictiei farmacologice si a discriminarii activitatii antireumatice corelate cu cea antitumorala in clasa citostaticelor DMARDs.

Realizarea acestei activitati a presupus:

a). Aplicarea topologiei moleculare la screeningul activitatii antireumatice corelat cu cea antitumorala in urmatoarele clase de agenti terapeutici:
- 1. Metotrexat, derivatii antifolinici clasici si derivatii inhibitori de dihidrofolat dehidrogenaza (mecanism de actiunele farmacologica)
- 2. Leflunomid (metabolitul sau activ, Teriflunomid) si clasa derivatilor de dihidro-orat dehidrogenaza ca imunosupresoare specifice in tratamentul poliartritei reumatoide.
b). Analiza spatiului descriptorilor structurali in scopul gasirii celor mai adecvati descriptori pentru agentii DMARDs cunoscuti, cu structuri moleculare heterogene.

Valorile prefigurate teoretic pentru modificari ai parametrilor celulari cunoscute pentru diferiti agenti antitumorali/antireumatici (livrate de echipa CO si P3) au fost experimentate in studii in vitro.

B. In ceea ce priveste evaluarea in vitro in model celular a activitatii agentilor standard cu actiune antireumatica s-au studiat efectele particulare exercitate in vitro de metotrexat si de metabolitul activ al leflunomidului asupra celulelor mononucleare si asupra celulelor mononucleare izolate de la pacienti cu artrita reumatoida.

Au fost abordate urmatoarele aspecte:

- efectul exercitat de agentii reumatici asupra profilului citokinelor secretate ex vivo de monocitele provenind de la pacienti, activate ex vivo via CD14. S-au studiat monocitele provenind de la pacienti caracterizati printr-o perturbare majora a raportului limfocit/monocit in periferie, respectiv numar mare de monocite, dar numar relativ normal de limfocite;
- efectul exercitat de agentii reumatici asupra capacitatii limfocitelor de a incorpora timidina in conditii de activare policlonala ex vivo cu fitohemaglutinina
- efectul exercitat de agentii antireumatici asupra celulelor endoteliale HUVEC
- efectul asupra celulelor mononucleare izolate de la pacienti cu artrita reumatoida, care au fost activate ex vivo cu PHA si tratate in vitro cu agenti antireumaticide catre Partenerul Universitatea din Bucuresti.

C. In cadrul activitatii de evidentiere a functionalitatii si aplicabilitatii software-ului proiectat si realizat de catre colectivul de cercetare al P3 s-a urmarit a se dezvolta aplicatia software: ca instrument de calcul si vizualizare, facil, destinat modelarii si predictiei activitatii terapeutice in clasele de agenti activi analizati.

Prin utilizarea software-ului creat de P3, pentru fiecare din clasele de compusi de mai sus, s-au creat “cele mai bune modele” de predictie teoretica: ecuatii matematice intre proprietati cuantificabile terapeutice/farmacologice in corelatie cu descriptorii structurali moleculari ai fiecarei clase de compusi in parte. Dupa derularea acestor analize s-au obtinut functii discriminatorii pentru efectul terapeutic urmarit si s-a verificat robustetea modelelor, capacitatea lor predicitva si se pot pune astfel bazele crearii unor Biblioteci Digitale de modele QSAR deosebit de utile in medicina personalizata.

Etapa 4 - an 2010 (15 oct. 2010)

Obiective specifice fazei 4 de executie a proiectului :

1. Testarea functionalitatii si a utilitatii software-rului BIOINFOQSAR specializat realizat în versiune beta si întocmirea documentatiei de lucru aferente aplicatiei;
2. Aplicarea modelelor QSAR/QSPR dezvoltate cu ajutorul aplicatiei software, la terapiile individualizate;
3. Evaluarea ex vivo a variabilitatii individuale a activitatii antireumatice a unor agenti terapeutici standard;
4. Evaluarea ex vivo a efectului individualizat exercitat de agenti terapeutici antireumatici standard asupra unor sisteme enzimatice relevante;
5. Desfasurarea unui Workshop pe tema “Aplicarea modelarii QSAR/QSPR in terapii individualizate cu agenti antitumorali/antireumatici”.

Rezumatul etapei 4:

A. In desfasurarea acestei ultime faze de executie a proiectului s-a urmarit continuarea aplicarii programului structurat de analiza QSAR, anterior proiectat, in cadrul unor serii congenere de compusi standard cu actiune antireumatica/antitumorala (clasa citostaticelor derivati de Metotrexat, cu actiune imunosupresoare si, respectiv, clasa derivatilor imunosupresori ai Leflunomidului).

Realizarea acestor obiective a presupus:

a). Aplicarea software-ului specializat furnizat de echipa de cercetare a partenerului 3 (P3 – ASRC, Bucuresti) la modelarea QSAR a activitatii antireumatice, imunosupresive in urmatoarele clase de agenti terapeutici:
- 1. Derivatii antifolinici clasici ai Metotrexatului, inhibitori de dihidrofolat dehidrogenaza (mecanism de actiune molecular celular si farmacologic);
- 2. Clasa derivatilor de Leflunomid, ca imunosupresoare specifice in tratamentul poliartritei reumatoide (inhibitori de dihidro-orat dehidrogenaza).
b). Analiza spatiului familiilor de descriptori structurali in scopul gasirii celor mai adecvate functii discriminatorii pentru activitatea antireumatica, respectiv gasirea unor modele QSAR selective, robust, aplicabile in terapiile individualizate.

Analiza din punct de vedere al relatiilor cantitative structura chimica - Activitate biologica (QSAR) a unor derivati din clasa antifolatilor utilizati ca agenti anticancerosi si cu proprietati imunosupresive, avându-l ca reprezentant pe Metotrexat cunoscut ca „standardul de aur” in tratamentul poliartritei reumatoide. Alaturi de acesta s-au introdus în cadrul setului de experimentare 74 derivati inhibitori de dihidrofolat reductaza, cu activitati similare metotrexatului-substanta standard.

S-au obtinut deasemenea modele de predictie in silico a activitatii imunosupresoare a leflunomidului si derivatilor acestuia (54 compusi), cu implicatii în tratamentul poliartritei reumatoide .

Studiile derulat a vizat si verificarea functionalitatii aplicatiei software BIOINFOQSAR (soft original soft original de calcul al proprietatilor farmacologice în corelatie cu proprietatile cuantico-moleculare). Rezultatele obtinute au demonstrat capacitatea aplicatiei de a oferi informatii concludente asupra proprietatilor biologice ale unor substante, pe baza interpretarii structurii chimice a acestora.

Precizia si "robustetea" (neafectarea de factorii de zgomot) a modelelor QSAR selectate s-au verificat atat statistic, cat si prin coroborare cu datele obtinute din studiile ex vivo si pe substraturi enzimatice.

B. In ceea ce priveste evaluarea ex vivo a variabilitatii individuale a activitatii antireumatice a unor agenti terapeutici standard, in aceasta etapa s-a studiat profilul imunologic periferic al pacientilor cu artrita reumatoida pe parcursul terapiei, la nivelul Partenerului 1- INCD Victor Babes, Bucuresti, urmarindu-se efectele individualizate ale acesteia din punct de vedere clinic/biologic si la nivelul sistemului imun.

Au fost abordate urmatoarele aspecte:

- Distributia populatiilor si subpopulatiilor de limfocite periferice;
- Activitatea oxidativa a fagocitelor periferice (monocite, granulocite);
- efectul exercitat de agentii antireumatici asupra celulelor endoteliale HUVEC
- Profilul citokinelor secretate ex vivo de monocitele periferice activate experimental

C. In privinta studiilor de evaluare ex vivo a efectului individualizat exercitat de agenti terapeutici antireumatici standard asupra unor sisteme enzimatice relevante, studii derulate de Partenerul 2 – Universitatea Bucuresti, Facultatea de Biologie, s-au reliefat urmatoarele aspecte:

- Activitatea G6PDH se modifica pe parcursul terapiei cu metotrexat si anti-TNFa, evolutia modificarii activitatii catalitice fiind diferita în functie de nivelul initial.
- Evolutia activitatii G6PDH, în cazul în care valoarea initiala este normala, urmeaza acelasi parcurs cu cel al parametrilor imunologici.
- În cazul în care activitatea G6PDH initiala depaseste valorile normale, se observa cresteri ale valorilor parametrilor imunologici chiar si atunci când activitatea enzimatica scade.
- Nu a fost stabilita o corelatie între modificarile de activitate enzimatica ale G6PDH si LDH si scorul clinic DAS28.
- Analiza modificarilor de activitate enzimatica a G6PDH si LDH în limfocitele pacientilor cu artrita reumatoida aflati sub terapie combinata cu metotrexat si anti-TNFa reflecta o mare variabilitate inter-individuala datorata atât particularitatilor genetice individuale, cât si complexitatii mecanismelor de raspuns celular activate de evolutia bolii si de actiunea agentilor terapeutici.

D. In cadrul activitatii de evidentiere a functionalitatii si aplicabilitatii software-ului proiectat si realizat de catre colectivul de cercetare al Partenerului 3 – ASRC Bcuresti, s-a urmarit a se dezvolta aplicatia software: ca instrument de calcul si vizualizare, facil, destinat modelarii si predictiei activitatii terapeutice in clasele de agenti activi analizati.

Pe parcursul acestei ultime faze a proiectului s-a organizat si s-a desfasurat in bune conditii workshopul “Aplicarea modelarii QSAR/QSPR in terapii individualizate cu agenti antitumorali/antireumatici”, in cadrul caruia s-au prezentat lucrari cu realizari de pe parcursul derularii activitatilor proiectului.

Scopul principal a fost atins in intregime. A fost realizat un sistem bioinformatic unitar si specializat pentru modelarea in silico si proiectarea medicamentelor, utilizând principiile QSAR care a furnizat modele de predictie a activitatii farmacologice cupland tehnologiile predictive, cu teste in vitro (realizate pe linii celulare transformate neoplazic si celule umane normale, ca si la nivel de sisteme enzimatice purificate). Prin intermediul principiilor QSAR, completate cu cele QSPR (Quantitative Structure-Property Relationships), s-a dezvoltat o baza optima, eficienta si robusta de predictie a activitatii antitumorale si antireumatice pentru clase conventionale de substante medicamentoase. De asemenea, aplicatia a fost focalizata pentru aplicarea într-o arie prioritara si provocatoare pe plan mondial - terapiile individualizate si medicina personalizata.

În dezvoltarea proiectului, s-a avut ca indicator de rezultat (indeplinit in intregime) elaborarea unui program de calcul QSAR (software specializat), care a fost aplicat cu succes la descrierea cuantico-moleculara a unor clase de agenti antitumorali si antiinflamatorii cu o componenta antitumorala, (citostatice DMARD) conventionali, dar care are multiple valente de aplicabilitate în orice domeniu terapeutic.

Software-ul specializat, proiectat si realizat in intregime de catre firma specializata, ASRC Bucuresti, partenerul P3 din cadrul consortiului, intitulat chiar BIOINFOQSAR, reprezenta un instrument extrem de util de calcul a descriptorilor molecular-cuantici, de determinare a corelatiilor cu activitatea biologica/farmacologica. Aceasta aplicatie software a fost in permanenta adaptata si îmbunatatita, prin semnale de tip feed-back de la utilizatori (end-user-ii fiind de fapt toti participantii la consortiu). S-a testat aplicabilitatea si functionalitatea software-ului pentru clase de compusi moleculari derivati de la agenti standard (derivati functionali de Metotrexat si respectiv, de Leflunomid – nu toti dovediti activi). Software-ul creat a fost elaborat apoi intr-o versiune beta, care a fost, in final, testat pe alte clase de derivati functionali de DMARDs. Platforma tehnologica de tip sistem bioinformatic poate fi preluata si aplicata pentru orice domeniu al terapiei moderne inovative, iar în cadrul proiectului s-au pus bazele unei Biblioteci Digitale de modele QSAR obtinute prin modelare in silico.