87609 - METODI AVANZATI IN CHIMICA FARMACEUTICA (8 CFU) (Gr. a)

Anno Accademico 2022/2023

  • Docente: Matteo Masetti
  • Crediti formativi: 8
  • Lingua di insegnamento: Italiano
  • Moduli: Marina Naldi (Modulo 1) Matteo Masetti (Modulo 2) Marina Naldi (Modulo 3) Federico Falchi (Modulo 4)
  • Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 3) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 4)
  • Campus: Bologna
  • Corso: Laurea Magistrale a Ciclo Unico in Chimica e tecnologia farmaceutiche (cod. 8412)

    Valido anche per Laurea Magistrale a Ciclo Unico in Chimica e tecnologia farmaceutiche (cod. 8412)

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, che prevede anche esercitazioni di laboratorio a posto singolo, lo studente conosce alcune metodologie analitiche e bio-analitiche utili per caratterizzare la proteina bersaglio e il complesso farmaco-proteina, e conosce i principali metodi di modellistica e simulazione molecolare che fanno uso di quelle informazioni per progettare nuovi farmaci. In particolare lo studente: - sa determinare le costanti termodinamiche e le costanti cinetiche che regolano la formazione dei complessi ligando-proteina; - è in grado di pianificare indagini sui meccanismi di riconoscimento molecolare mirate alla progettazione e sviluppo di nuovi farmaci; - sa utilizzare alcuni software di modellistica molecolare open source presenti in Internet; - è in grado di costruire modelli al computer di piccole molecole organiche; - è in grado di interpretare un modello 3D di complesso ligando-proteina e di usarlo per proporre semplici modificazioni molecolari del ligando.

Contenuti

  • Modulo 1: Metodologie analitiche in chimica farmaceutica
  1. Bioreattori. Sviluppo di un bioreattore: scelte del supporto, approcci per l’immobilizzazione dell’enzima target, ottimizzazione delle condizioni di utilizzo del bioreattore, sviluppo di saggi funzionali, validazione del bioreattore. L’utilizzo di bioreattori nel processo di drug discovery: screening individuazione e ottimizzazione di molecole attive.

  2. Biocromatografia. Immobilizzazione di proteine/recettori su supporto cromatografico. Sviluppo della colonna con target immobilizzato: scelta supporto, approcci per immobilizzazione, validazione, ottimizzazione condizioni utilizzo. Applicazioni della biocromatografia nel processo di drug discovery.

  3. Tecniche varie accoppiate alla rivelazione mediante spettrometria di massa. Fishing di ligandi, caratterizzazione di legami covalenti ligando-target; caratterizzazione di interazioni reversibili e modulazione delle interazioni proteina/proteina, screening di inibitori enzimatici.

  4. Biosensori ottici a risonanza plasmonica di superficie. Strumentazione; processi di riconoscimento molecolare; isolamento di nuove proteine bersaglio; screening di nuovi composti per la loro affinità di legame alla proteina bersaglio; studio della cinetica del processo di riconoscimento molecolare.

  5. Spettroscopia in luce polarizzata. Strumentazione; determinazione struttura secondaria di peptidi e proteine; meccanismi di riconoscimento molecolare; transizioni conformazionali funzionali; determinazione dei parametri di legame del farmaco alla proteina; caratterizzazione stereochimica del farmaco legato alla proteina target.

 

  • Modulo 2: Metodologie computazionali in chimica farmaceutica
  1. Introduzione ai metodi computazionali in chimica farmaceutica. Il processo di drug discovery. Identificazione, validazione e caratterizzazione del target. Identificazione di hits. Fase hit-to-lead. Ottimizzazione del lead.

  2. Rappresentazione delle strutture molecolari. Introduzione ai grafi molecolari. Tabelle di connettività. Notazioni lineari. Fingerprints.

  3. Descrittori molecolari e similarità chimica. Esempi di descrittori molecolari. Indici topologici. Misure di distanza e di similarità. Cenni di cluster analysis. Cenni di riduzione di dimensionalità. Nozione di spazio chimico e sua rappresentazione.

  4. Relazioni struttura-attività. Derivazione e validazione di modelli QSAR. Esempi di semplici modelli QSAR. Cenni di metodi di classificazione. Nozione di "activity landscape".

  5. Modellistica molecolare. Introduzione ai campi di forza. Concetto di superficie di energia potenziale. Algoritmi di minimizzazione. Analisi conformazionale. Cenni di Dinamica Molecolare.

  6. Modelli farmacoforici e 3D-QSAR. Applicazione dell'analisi conformazionale. Costruzione di modelli farmacoforici. Costruzione di modelli 3D-QSAR.

  7. Docking molecolare. Introduzione al docking molecolare. Il protocollo del docking molecolare: fase di ricerca e di scoring. Validazione del protocollo di docking molecolare. Modelli di riconoscimento molecolare. Inclusione della flessibilità recettoriale nel docking molecolare.

  8. Virtual Screening. Introduzione al Virtual Screening. Scelta della struttura del target nello Structure-Based Virtual Screening. Validazione di un protocollo di Virtual Screening. Metriche di arricchimento.

 

  • Modulo 3: Laboratorio di metodologie analitiche in chimica farmaceutica

Esercitazioni in aula informatica con software dedicati.

  1. Utilizzo della spettrometria di massa per l’identificazione e caratterizzazione di proteine, per la caratterizzazione di modifiche strutturali a carico di proteine, per il monitoraggio dell’attività enzimatica.

  2. Utilizzo del biosensore ottico e del dicroismo circolare per studiare i fenomeni di riconoscimento molecolare.

 

  • Modulo 4: Laboratorio di metodologie computazionali in chimica farmaceutica

Esercitazioni in aula informatica con software dedicati.

  1. Banche dati di interesse farmaceutico (Uniprot e Protein Data Bank), scelta della struttura più idonea.

  2. Preparazione della struttura selezionata (addizione idrogeni, predizione degli stati di ionizzazione/tautomerizzazione, minimizzazione, etc).

  3. Preparazione di un database di molecole (passaggio da 2D a 3D, generazione degli stati di protonazione/tautomerizzazione, trattazione degli stereoisomeri, minimizzazione ed eventuale applicazioni di filtri).

  4. Riconoscimento delle interazioni molecolari tra proteina e ligando e la relazione struttura/attività.

  5. Il docking molecolare. In particolare verrà riprodotto il binding mode del farmaco Imatinib nella proteina Abl. Sarà studiato il caso della mutazione T315I e di come è stato risolto questo problema.

  6. Simulazione di screening virtuale mediante: ricerca per similarità, utilizzo di un modello farmacoforico e mediante utilizzo del docking molecolare.

 

Testi/Bibliografia

Testi utili per consultazione:

  • V. Cavrini, V. Andrisano. Principi Analisi farmaceutica. Società editrice Esculapio ed. 2013.
  • A. R. Leach, V. J. Gillet. An Introduction to Chemoinformatics. Springer. 2007.

Metodi didattici

Lezioni frontali e laboratori didattici in aula informatica.

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai Moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio in modalità e-learning.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La prova di verifica dell'apprendimento è costituita da colloqui orali sugli argomenti trattati durante il corso.

Strumenti a supporto della didattica

Slides, pubblicazioni scientifiche ed altro materiale di insegnamento reso disponibile attraverso la piattaforma Virtual Learning Environment.


Orario di ricevimento

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