La réalité virtuelle devient un outil de conception de médicaments

Une nouvelle étude publiée en mars 2020 dans la revue PLOS ONE montre l'utilisation de la réalité virtuelle (VR) comme un outil puissant pour créer des thérapies de nouvelle génération. L'accent est mis sur la capacité de la RV à simuler la façon dont les médicaments couramment utilisés agissent sur les cellules au niveau moléculaire, ce qui permet à l'innovation d'améliorer le mécanisme d'action ou d'utiliser des mécanismes alternatifs.

De nombreux médicaments sont constitués de petites molécules. Afin de trouver de nouveaux médicaments, les chercheurs doivent trouver des molécules qui se lient à des cibles cellulaires telles que les protéines. Dans la présente étude, ils ont utilisé la puissance de la RV pour comprendre comment la molécule agit sur les protéines, en reproduisant le monde à l'intérieur de la protéine pour l'utilisateur du programme. Cette expérience permet d'identifier l'interaction au niveau atomique entre la protéine et le médicament à petites molécules. Le type de VR utilisé est appelé simulation de dynamique moléculaire interactive en VR (iMD-VR).

Le médicament antigrippal Tamiflu disponible dans le commerce (mis en évidence par une lueur) est montré lié à la protéine virale qu'il cible, la neuraminidase (colorée en violet à jaune). Un rendu du casque et des contrôleurs VR d'un utilisateur est présenté avec la protéine. Crédit d'image: Université de Bristol

L'étude

Les chercheurs ont utilisé la stratégie iMD-VR pour simuler l'attachement d'une molécule de médicament à une protéine, afin de pouvoir prédire à l'avance exactement comment les deux seraient attachés. Ils ont examiné plusieurs médicaments, dont ceux utilisés contre la grippe et le VIH.

La liaison d'un médicament à une protéine est cruciale pour inhiber la fonction de la protéine par plus d'un mécanisme possible. Par exemple, lorsqu'un virus est empêché de se répliquer dans la cellule hôte par un médicament qui se lie à l'une des protéines virales.

Pour une liaison ferme, un tel médicament, composé d'une petite molécule, doit avoir un ajustement serré. Le défi pour les chercheurs est d'identifier de telles molécules capables de ce type de liaison forte. Cela peut aider à concevoir des médicaments améliorés.

La contribution de la VR à ce processus est expliquée par l'investigateur Adrian Mulholland, « Les chercheurs doivent comprendre comment les molécules de médicament s'insèrent dans leurs cibles biologiques. Pour ce faire, nous utilisons la VR pour les représenter comme des objets entièrement en trois dimensions. Les utilisateurs peuvent ensuite adapter un médicament dans le «trou de serrure» d'un site de liaison aux protéines pour découvrir comment ils s'emboîtent. « 

Lier le médicament, prédire la structure

L'équipe a d'abord confié aux utilisateurs de la RV la tâche de lier des médicaments à des cibles de protéines virales, telles que la neuraminidase du virus de la grippe et l'enzyme protéase du VIH. En simulant la structure tridimensionnelle de la protéine, les utilisateurs de RV ont pu prédire avec précision la liaison de chacun des médicaments donnés à leurs cibles protéiques. En outre, ils ont mis au point des structures complexes de médicaments qui ressemblent étroitement aux structures expérimentales, en manoeuvrant simplement le médicament dans la protéine.

La chose la plus impressionnante était que les laïcs pouvaient tirer les médicaments pour se fixer correctement à la protéine simulée en utilisant la RV. La conclusion est que la RV interactive peut aider à déterminer les performances d'une nouvelle molécule à effet thérapeutique potentiel concernant la liaison de sa protéine cible.

Utilisateur interagissant avec une protéine en VR. Crédit d'image: Université de Bristol

Avantages de l'approche VR

La stratégie VR utilisée dans l'étude utilise des équipements courants et une plate-forme open source, ce qui la rend facilement disponible pour tout utilisateur, profane ou expert.

Ainsi, la conception de médicaments basée sur la structure est désormais possible pour toute personne intéressée par le processus, en utilisant la RV. Comme le dit Mulholland, «Un aspect important du travail est que les médicaments et leurs cibles protéiques sont totalement flexibles: nous modélisons leurs changements structurels et leur dynamique, et les utilisateurs peuvent les manipuler de manière interactive pour trouver comment les médicaments interagissent avec leurs cibles biologiques C'est un moyen vraiment passionnant et puissant de modéliser la liaison des médicaments. Nous avons montré dans ce travail qu'il donne des résultats précis. « 

D'autres chercheurs sont d'accord, soulignant que la simulation permet la liaison médicament-protéine et la dissociation répétée, avec un délai nettement inférieur au temps requis pour des phénomènes similaires lorsque les utilisateurs utilisent la dynamique moléculaire non interactive VR. L'expert David Glowacki déclare: « Les événements de déliaison et de reliure générés à l'aide d'iMD-VR ont été réalisés par les utilisateurs en moins de cinq minutes en temps réel. »

De plus, l'utilisation de la RV a permis aux utilisateurs non experts de se lier, de se délier, puis d'atteindre une position d'ancrage qui ressemblait étroitement à la structure initiale, suffisante pour considérer qu'ils avaient re-ancré le médicament. Tout ce qui était nécessaire pour cela était la fourniture d'atomes traces qui montraient la bonne pose pour le médicament.

Si de tels atomes de trace étaient absents, Mulholland remarque: « Les poses de liaison avaient naturellement plus de variations, mais les utilisateurs étaient toujours en mesure d'obtenir dans la même plage de la position liée acceptée pour les trois systèmes .:

Et pour couronner le tout, dit-il, « Ces résultats ont été obtenus en une seule session de formation d'une heure avec chaque participant, démontrant l'utilité de ce cadre VR. » Cela montre l'immense potentiel d'appliquer cette technologie à la conception de médicaments d'une manière extrêmement rentable, rapide et hautement productive.