כיצד ניתן לזהות משהו שאף אחד לא יש מבחן? תרופות מעצבות משכפלות את ההשפעות של סמים ידועים ולא חוקיים אך מתחמקים מאכיפת החוק. וריאציות המבנה הכימי המסייעות לתרכובות אלה להימנע מגילוי גם הופכות אותם לבלתי צפויים בגוף – תכונה המהווה השלכות בריאותיות חמורות.
כעת, צוות מחקר השתמש במודלים ממוחשבים כדי ליצור מסד נתונים של מבנים כימיים חזויים לשיפור איתור תרופות מעצבים.
ג'ייסון ליאנג, בכיר עולה בתכנית למדעים, מתמטיקה ומדעי המחשב בבית הספר התיכון מונטגומרי בלייר, יציג את תוצאות הצוות בישיבת הסתיו של החברה הכימית האמריקאית (ACS). ACS Fall 2025 מתקיים 17-21 באוגוסט; הוא כולל כ -9,000 מצגות במגוון נושאי מדע.
ספרייה זו של חתימות מטבוליות וספקטרום המוני, שאנו מכנים תרופות של מסד נתונים מטבוליטים של התעללות (DAMD), עלולה להוביל לגילוי יסודי יותר של חומרים פסיכואקטיביים חדשים ומעקב מדויק יותר של השימוש בסמים מעצבים. "
ג'ייסון ליאנג, בכיר, מדע, מתמטיקה ומגנט מדעי המחשב, בית הספר התיכון מונטגומרי בלייר
בדרך כלל זיהוי תרופה לא חוקית שניתן להשתמש לרעה על ידי "טביעת האצבע" הכימית שלה המכונה ספקטרום המוני. טביעת אצבע זו היא דפוס שנוצר על ידי צורה, משקל ואיפור של מולקולת התרופה. כאשר השתן של האדם מוקרן לתרופות, טכנאי משתמש בטכניקה הנקראת ספקטרומטריה המונית כדי לרכוש ולהשוות ספקטרומים ממולקולות במדגם לקטלוגים של ספקטרום לתרופות ידועות ומטבוליטים שלהם (מולקולות קטנות שנוצרו כאשר הגוף מפרק תרופה). עם זאת, חומרים פסיכואקטיביים חדשים ומטבוליטים שלהם אין בדרך כלל התאמות במאגרי מידע קיימים.
"זה קצת עוף ובעיית הביצה", אומר המנטור של ליאנג, טייטוס מאק, סטטיסטיקאי ומדען נתונים עם המרכז הספקטרומטרי ההמוני במכון הלאומי לתקנים וטכנולוגיה (NIST). "איך אתה יודע מה התרופה החדשה הזו אם מעולם לא מדדדת אותה, ואיך אתה מודד אותה אם אתה לא יודע מה אתה מחפש? שימוש במתודולוגיית חיזוי חישובית יכול לעזור לנו למצוא פיתרון."
הרעיון לפתח את DAMD התחיל עם מאק והני הבברה, לשעבר פוסט -דוק ב- NIST וביואינפורמטיקאי נוכחי באוניברסיטת מישיגן. הם חשבו שמודלים ממוחשבים יכולים לעמוד בקצב האיטרציות האינסופיות לכאורה של תרכובות סינתטיות לא ידועות המעבירות מערכות שירותי בריאות ויוזמות מעקב אחר תרופות. ואז, בקיץ 2024, פנו מאק והבהרה ליאנג לעבוד איתם.
"בניית ספרייה ספקטרלית המונית חזויה דורשת מיומנויות תכנות חזקות ובסיס מוצק בכימיה – שתיהן מתיישרות היטב עם הרקע שלי", אומר ליאנג. "לאחר שלמדתי על המספר ההרסני של מקרי מוות במינון יתר, כולל מקרים בקהילה המקומית, הייתי להוט לעבוד על פרויקט זה שעלול לעזור לאנשים."
כנקודת מוצא, החוקרים השתמשו במאגר המידע ההמוני-ספקטרלי המוחזק על ידי קבוצת העבודה המדעית עם אכיפת התרופות האמריקנית לניתוח תרופות שנתפסו (SWGDRUG). מסד נתונים זה מספק ספקטרום המוני אמין לזיהוי של יותר מ -2,000 תרופות שהוחרמו על ידי אכיפת החוק. לאחר מכן, בעזרת גישות חישוביות, חבא, ליאנג ומק, חזו כמעט 20,000 מבנים כימיים ותואמים טביעות אצבע ספקטרליות המוניות למטבוליטים אפשריים של חומרים SWGDRUG ומטבוליטים שלהם.
הצוות מאמת בימים אלה את הספקטרום ההמוני החזוי שלהם על ידי התאמתם לספקטרום אמיתי מערכי נתונים של ניתוחי שתן אנושיים. מערכי נתונים אלה הם קטלוגים של ספקטרומים מכל החומרים הניתנים לגילוי שנמצאים בדגימות שתן אנושיות. מציאת התאמה, או משהו שקרוב לשידוך, במערכי נתונים אלה "אומר לנו אם המבנים הכימיים והספקטרום האלגוריתמים שלנו מייצרים הם מתקבלים על הדעת", אומרת הבברה. לאחר מכן, הצוות ישווה נתונים שנאספו כבר, בעולם האמיתי ל- DAMD, ומציג הוכחת מושג לטוקסיקולוגיה משפטית.
DAMD יכול להיות יום אחד תוסף זמין לציבור למאגרי המידע הספקטרליים ההמוניים של התרופות הלא-חוקיות, מה שמקל על גילוי וזיהוי עדויות לשימוש בסמים בדגימות שתן אנושיות. אחד היישומים העיקריים שלה הוא פיתוח מערכת שתעזור לאנשים להשיג את ההתערבויות הרפואיות שהם צריכים.
"מישהו יכול היה לבלום חומר שלא ידוע להם נחתך עם נגזרת פנטניל", אומר מק. "בעזרת DAMD, רופא יכול היה לראות מטבוליטים מהדיווח הרעסיקולוגי של האדם שהם מועמדים חזקים לתרופה דמוית פנטניל ולהודיע על תוכנית הטיפול שלהם."
