90823 - BIOMOLECULAR SIMULATIONS FOR DRUG DESIGN

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce gli aspetti teorici e pratici relativi alle simulazioni molecolari dei sistemi biologici di interesse farmaceutico. In particolare, lo studente conosce le basi di diversi metodi computazionali (incluso il docking molecolare e la Dinamica Molecolare), e la loro integrazione per la progettazione o selezione di composti bioattivi. Infine, lo studente apprende come pianificare ed allestire esperimenti virtuali ed eseguire calcoli con software open-source per le simulazioni biomolecolari

Contenuti

Modulo 1 (3 CFU: 24 ore, lezioni frontali)

• Introduzione e concetti base
  Il processo d'azione di un farmaco: fase farmaceutica, farmacocinetica, farmacodinamica.
  I target molecolari dell'azione dei farmaci: definizione ed esempi; rappresentazione termodinamica dell'interazione farmaco-target.
  Interazioni farmaco-target: legame covalente e interazioni non covalenti, contributi entalpici ed entropici.

• Il paradigma della scoperta di farmaci
  La "pallottola magica"; esempi: penicilline, derivati degli ormoni steroidei, inibitori di kinasi.
  Polifarmacologia e farmaci multi-target.
  Targeting di vie di segnalazione e di sistemi.

• Strategie di progettazione in silico di farmaci
  Approcci structure-based: Virtual Screening; FBDD (progettazione di farmaci basata su frammenti).
  Approcci ligand-based: farmacofori e ricerca in database; QSAR e chemoinformatica.
  Approcci network-based.

• Presentazione di casi di studio.

Modulo 2 (1 CFU: 8 ore, lezioni frontali; 2 CFU: 30 ore, laboratorio)

• Modellistica molecolare
  Funzioni di energia potenziale.
  Algoritmi di minimizzazione.
  Analisi conformazionale: ricerca sistematica e algoritmi genetici.
  Principi fondamentali delle simulazioni Monte Carlo.
  Aspetti pratici del docking molecolare.

• Simulazioni di Dinamica Molecolare
  Principi fondamentali delle simulazioni di Dinamica Molecolare.
  Calcolo di osservabili sperimentali di interesse farmaceutico per mezzo di simulazioni di Dinamica Molecolare.

• Esercitazioni in aula informatica con software dedicato.
  Disegno e costruzione di small-molecules.
  Strutture cristallografiche di proteine per la progettazione structure-based di farmaci (Protein Data Bank).
  Impostazione ed esecuzione di calcoli di docking molecolare.
  Impostazione ed esecuzione di simulazioni di Dinamica Molecolare.

Testi/Bibliografia

Materiale di lettura fornito dagli insegnanti durante le lezioni.

A.R. Leach, Molecular Modelling: Principles and Applications, Person Education Limited, 2nd edition, 2001.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni di formazione sul computer con il supporto di tutor.

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

Gli studenti saranno tenuti a presentare e discutere oralmente un breve riassunto scritto (3-5 pagine) di un articolo di ricerca tratto dalla letteratura che riporti un lavoro che affronta un argomento inerente ai contenuti del corso (progettazione computazionale/identificazione di composti bioattivi).
Verranno inoltre poste ulteriori domande inerenti l'intero contenuto del corso (laboratorio incluso).

Strumenti a supporto della didattica

Diapositive elettroniche, articoli scientifici e altro materiale didattico disponibile attraverso la piattaforma Virtuale.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Matteo Masetti