73219 - PROGETTAZIONE FUNZIONALE DI MOLECOLE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente acquisisce le conoscenze di base sulle moderne metodologie informatiche e procedure computazionali applicate alla chimica ed in particolare alla chimica farmaceutica che trovano importantissime applicazioni nell’ambito della progettazione ed ottimizzazione di nuovi farmaci. Lo studente inoltre conosce le fasi di progettazione di un farmaco e sa utilizzare nelle differenti fasi le tecniche computazionali adatte a risolvere problemi specifici; sa inoltre quantificare le interazioni molecola-target e prevedere partendo dalla struttura della molecola, le proprietà fisiche, l’attività e la bio- ed eco-distribuzione della molecola.

Contenuti

1) Interazioni Fondamentali tra Molecole, Termodinamica nelle Interazioni Supramolecolari, Forze di van der Waals, Effetto Idrofobico, Legame ad Idrogeno, Legame ad Idrogeno non-classici, Interazioni Ioniche (“salt bridges”), Legami Alogeno, Interazioni Dipolari e Multipolari, pi-Stacking, Cation/Anion-pi.
2) Chemoinformatica
Principi di Chemoinformatica – Rappresentazione e Catalogazione Molecolare 1D, 2D e 3D - Ricerche in Database – Chiavi strutturali – Similarità e Diversità molecolare – Sottostruttura
3) Relazione Quantitativa Struttura-Attività/Proprietà, QSA(P)R
Descrittori Molecolari – Classificazione ed Analisi dei Descrittori Molecolari - Descrittori 1D, 2D e 3D, Relazione Quantitativa Struttura-Attività/Proprietà – Predittori di pKa, Lipofilia e Solubilità
4) Sviluppo ed Ottimizzazione di un Farmaco
Fasi di Sviluppo di un Farmaco - Sperimentazione pre-Clinica, Fase Clinica: Costi e Problematiche - Metodologie Computazionali Utilizzabili all'Interno delle Varie Fasi di Sviluppo del Farmaco: Identificazione e Convalida del Bersaglio - Individuazione di una Molecola Attiva di Partenza - Ottimizzazione dell'Attività della Molecola - Ottimizzazione delle Proprietà Chimico-Fisiche della Molecola - Ottimizzazione ADMET
5) “Ligand Based Drug Design”
Campi di Applicazione, Modelli Farmacoforici, Definizioni di Gruppi Farmacoforici, Scoring di Farmacofori, Modelli Pseudorecettoriali, QSAR, Equazione di Hansch, Equazione Free-Wilson, Craig-Plots, Comfa, Grid
6) “Structure Based Drug Design”
Identificazione del Target, Struttura Tridimensionale delle Proteine, Sito Attivo di una Proteina, Inibizione ed Effetto Allosterico, Protein Data Bank, Bioinformatica, Metodi di Predizione di Struttura Terziaria, Interazione Proteina-Molecola, Docking Rigido, Funzioni di Scoring, Analisi Conformazionale, Docking Flessibile, Docking Proteina-Proteina, Progettazione De-novo di Farmaci, Meccanica Molecolare, LIE e MM-PBSA, Dinamica Molecolare, Tecniche di Campionamento MD Avanzate (Metadinamica, Umbrella Sampling, FEP, Steered MD).
7) Virtual screening
Database di Molecole, Problematiche Relative a Molecole inserite nei Database (Tautomeria, Stato di Protonazione), Docking Inverso, Database Annotati
8) Modelli di Biodistribuzione di Ecodistribuzione
Modelli Compartimentali, Valutazione Dose-Risposta, Soglia, Modelli Farmacocinetici, ADMET, Modellazione del Ciclo di Vita di una Sostanza, Modelli di Esposizione Ambientale.
9) Progettazione di Catalizzatori, Progettazione di Host Supramolecolari, Self-Assembly, Principi di Ingegneria Cristallina

Testi/Bibliografia

Fondamentale sarà l'utilizzo di materiale distribuito dal docente reso disponibile in rete e degli appunti di lezione.
Per ulteriori approfondimenti si consiglia:
• A. R. Leach, “Molecular Modelling: Principles and Applications” , Pearson Education EMA

Metodi didattici

Il Corso è costituito da lezioni frontali accompagnate da “case studies” con lo scopo di mostrare l'applicazione pratica, nel mondo reale della ricerca e dell'industria, delle metodologie presentate a lezione.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica dell'apprendimento avviene attraverso il solo esame finale, che accerta l'acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova orale. Questa consiste nell'analisi critica di un problema di progettazione funzionale di una molecola. Lo studente dovrà definire gli strumenti da utilizzare nella progettazione, contestualizzare la scelta all'interno del processo globale e mostrare la padronanza teorica delle tecniche utilizzate. La durata della prova orale è mediamente di 30 minuti.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna luminosa, PC, videoproiettore

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Matteo Calvaresi