CADD (Computer-Aided Drug Design)

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CADD란?

Computer-Aided Drug Design

신약개발 과정에 활용되고 있는 컴퓨터 기반 신약 디자인 과정으로,

컴퓨터로 화합물의 입체 구조 및 의약품 활성 등을 연구하기 위한 시스템.

Drug discovery 과정에서 CADD는 Target identification ~ Preclinical test 까지 영향을 미치고 있음.

Drug Discovery 과정 단계별 정의

1.Target identification : 특정 질병을 유발하는 원인을 찾고, 그것을 조절하는 타겟 단백질을 선정.

2.Target validation : 선정된 타겟의 제어와 목표하는 질환 치료와의 상관, 인과관계를 검증. ex) Knockout mouse 로 해당 타겟 단백질의 유효성 검증.

3.Lead identification : 타겟 단백질의 약리적인 활성을 나타내는 화합물 작용기들을 조절하면서 약리활성이 향상되는 구조를 찾음.

4.Lead optimization : 약동학(pharmacokinetics) 관점에서, 만들어진 물질(Lead)이 체내에서 운반, 효능, 부작용 등을 개선하려는 연구.

5.Preclinical test : 앞서 과정으로 도출된 후보물질의 유효성과 독성을 검증하기 위해, 동물 모델을 대상으로 생화학적 실험의 단계.

-전임상에서는 화합물의 흡수(Absorption), 분배(Distribution), 대사(Metabolism), 배출(Excretion), 독성(Toxicity)의 ADMET 연구 수행.

6.Clinical test

-Phase Ⅰ: 대상 질병의 환자를 대상으로 내약성, 부작용 및 약물의 체내 동태 등 안정성 확인을 하는 단계.

-Phase Ⅱ: 소수의 환자를 대상으로 유효성 및 안전성을 평가하여, 신약 가능성과 최적 용량 용법을 결정하고 치료효과를 탐색하는 단계.

-Phase Ⅲ: 가장 큰 규모의 임상시험 단계로 다수의 환자를 대상으로 유효성에 대한 추가 정보 및 확증적 자료를 확보하는 단계.

-Phase Ⅳ: 신약 시판 후 조사 단계. 신약이 시장에 출시된 후, 환자들에게 투여했을 때 예상치 못했던 부작용을 추가로 조사하는 단계.

CADD에서 사용되는 방법은 2가지로 구분 된다.

#SBDD(Structure-Based Drug Design)

-신약의 표적이 되는 수용체 단백질과 약물복합체의 입체구조를 바탕으로 컴퓨터 모델링을 구사해서 새로운 활성물질을 설계하는 작업. 

-molecular docking : 단백질 구조에서 약물이 결합하는 부위에 다양한 화합물 구조를 두고, 어떤 단백질과 강하게 상호작용을 하는지 계산.

-예: Protein-ligand docking, Scoring & Ranking

#LBDD(Ligand-Based Drug Design)

-단백질 구조가 밝혀져 있지 않은 경우에는, 화합물의 약물 구조만을 이용해서 화합물의 성질을 미리 예측.

-QSAR(Quantitative Structure-Activity Relationships) : 화합물의 구조가 활성과 연관이 있기 때문에, 비슷한 구조를 가진 화합물은 활성도 비슷하게 나타낼 것이라 가정. 실험을 통해서 쌓인 데이터를 통해 공통된 패턴을 찾아내고 이를 통해 활성 값까지 예측. 

-예: Similarity searching, Pharmacophore mapping, Machine learning

Virtual screening : CADD 방법들을 종합해서 여러 화합물 중 신약 개발에 성공할 가능성이 높은 화합물로 필터링 하는 과정.

CADD (Computer-Aided Drug Design) End

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