طراحی دارو با استفاده از کامپیوتر و مولکولارداکینگ

شباهت:

·        مولکولارداکینگ: از تکنیک های زیرمجموعه تصویر سازی سه بعدی (مدلینگ مولکولی) در بیوانفورماتیک است.

·        QSAR: این هم زیر مجموعه بیانفورماتیک است.

تفاوت:

·        مولکولارداکینگ: از گیرنده شناخت ها بیشتر از لیگاند است. (تغییرات را روی گیرنده اعمال کرده و اثر را بررسی می­کنیم.)

·        QSAR: از لیگاند شناخت ها بیشتر از گیرنده است. (تغییرات را روی لیگاند اعمال می­کنیم و اثرش را بررسی میکنیم.

تفاوت:

·        HTS: تعداد زیاد آزمایش را در کمترین زمان انجام می­دادیم. (روش واقعی ای است که در آن آزمایش صورت می­گیرد.)

·        Virtual screening: روشی مجازی است که تمام کارهایی که برای آزمایش قرار است انجام شود به صورت in silico در کامپیوتر صورت می­گیرد.

 

هدف مولکولارداکینگ و QSAR، طراحی لیگاند است.

در مولکولار داکینگ، برای پیدا کردن بهترین حالت برهم کنش لیگاند و گیرنده باید کانفورماسیون یک لیگاند را با گیرنده برهم­کنش دهیم و براساس Sampling algorithm (که کارش بررسی و چرخاندن کانفورماسیون های مختلف لیگاند بر گیرنده است.) و Scoring algorithm (که کارش رنک کردن بهترین ها براساس برهم کنش است.)

Sampling algorithm: (مترهایی از sampling) که طی آن هر بار و با هر نرم­افزار این برهم­کنش را از منظر و جنبه ای خاص بررسی می­کنیم.

1)     Matching algorithm: بر اساس اطلاعات ساختار و شکل و اطلاعات شیمیایی ممکن، همپوشانی های هندسی مختلف را در نظر می­گیرد. این روش کانفورماسیون های مختلف را چک نمی­کند پس سرعتش بالاست و اگر کتابخانه ای از مواد شیمیایی به آن بدهیم، سریع آنالیز کرده و بهترین ها را اعلام می­کند.

2)     Incremental construction: وابسته به fragment های لیگاند است و لیگاند را به بخش های مختلف تقسیم کرده و پیوندهای قابل چرخش را شکسته و قسمتی که می­تواند با active site ، fix و لاک شود را انتخاب می­کند. سپس با توجه به نام incremental که به آن نسبت داده اند، بعد از لاک شدن یک fragment،  fragment  های دیگر را اضافه می­کند و بررسی می­کند این داکینگ بهتر یا بدتر می­شود. اگر بهتر شده وارد مرحله بعد می­شود و تکرار چرخه، در غیراین صورت به دنبال fragment  دیگر می­گردد.

3)     MCSS (multiple copy simultaneous search): این هم وابسته به fragment است. حدود 5000 – 1000 کپی گروه عاملی که با هم برهم کنش ندارند را روی رسپتور می­ریزیم. حال می­توان مکانی از گیرنده که بیشترین تمایل به این گروه عاملی را دارند، شناخت. هم چنین زاویه اتصال و جهت گیری اتصال گروه عاملی به Binding site گیرنده را بررسی می­کنیم. همین کار را با گروه عاملی دیگر انجام می­دهیم. از کنار هم قرار دادن گروه های عاملی، لیگاند را طراحی می­کنیم. (استفاده از گروه های عاملی باهمدیگر و به شکل همزمان در طراحی لیگاند.)

سایتوکاین‌ها

سایتوکاین‌ها نقش‌های متفاوتی دارند و در بروز پاسخ ایمنی اهمیت بسیاری دارند. بدون وجود ارتباط بین سلول‌ها در هر سطحی، بروز پاسخ ایمنی اصلا ممکن نیست و سایتوکاین‌ها ایجاد ارتباط بین سلول‌ها را در ایجاد پاسخ ایمنی به عهده دارند.

سایتوکاین‌ها شامل صدها مولکول‌ پروتئینی یا گلیکوپروتئینی کوچک با نقشی مشابه هورمون‌ها (برقراری ارتباط بین سلول‌ها) ولی غالبا با اثر موضعی‌هستند.

 

فاکتورهای رشد را گاهی در گروه سایتوکاین‌ها قرار می‌دهند ولی تفاوت‌هایی دارند مثلا GFها به‌طور پیوسته تولید می‌شوند ولی سایتوکاین‌ها تولیدشان وابسته به تحریک و تنظیم شده است.

 انواع سایتوکاین‌ها:

ü       اینترلوکین‌ها (IL): از شماره 1 تا 39 نام‌گذاری شده‌اند که هر کدام روی یک نوع سلول اثر می‌کنند و اثری مشابه را باعث می‌شوند.

در قدیم تصور بر این بود که این مواد صرفا از لوکوسیت‌ها ترشح شده و روی لوکوسیت‌ها اثر می‌گذارند ولی امروزه مشخص شده است که از سلول‌های دیگر هم ترشح می‌شوند و سبب ایجاد اثر مشخصی روی انواع سلول‌ها می‌شوند.

ü       اینترفرون‌ها: از کلمه interference به معنای مداخله و ممانعت گرفته شده زیرا در ابتدا متوجه اثر ممانعتی آن‌ها بر رشد ویروس‌ها شدند.

۳ تیپ مختلف از آن‌ها شناخته شده است:

تیپ 1: اینتفرون‌های آلفا و بتا – عمدتاً خاصیت ضد ویروسی دارند.

تیپ 2: اینتفرون‌های گاما – نقش مهمی در پاسخ‌های ایمنی اختصاصی دارند.

تیپ 3: بعضاً خواص ضد ویروسی دارند.

 

ü       TNF super family: Tumor necrosis factor/عامل نکروزدهنده تومور

 TNF آلفا اولین مولکولی بود که شناخته شد و امروزه بیش از 20 نوع از آن‌ها شناخته شده‌اند.

اعضای این خانواده دو نقش متضاد دارند که این تفاوت عمدتاً به دلیل رسپتورهای متفاوت آن‌هاست:

2.  باعث مرگ سلولی (آپوپتوزیس و نکروزیس)

1. حیات بخش سلولی

ü       کموکاین‌ها: سایتوکاین‌های موثر در chemotaxis به معنای حرکت جهت‌دار سلول‌ها در جهت یک ماده‌ی شیمیایی هستند و مهاجرت سلول‌ها (که امری ضروری است) در پاسخ ایمنی تحت تاثیر این مولکول‌ها می‌باشد.

مثال: اگر عفونتی در نقطه‌ای از بدن ایجاد شود، نوتروفیل‌ها از مغز استخوان باید به ناحیه عفونی مهاجرت کنند.

یا در پاسخ‌های ایمنی اختصاصیAPCها (مهم‌ترین آن‌ها Dendritic cells هستند که به آن‌ها professional antigen presenting cells گفته می‌شود.) باید در اعضای لنفاوی ثانویه آنتی ژن‌ها را به T-cellها عرضه کنند که T-cellها تکثیر و تمایز پیدا کنند و ایمنی اختصاصی شکل بگیرد. دندریتیک سل‌ها در همه جای بدن در بافت‌ها حضور دارند و آنتی‌ژن‌ها را در هرجای بدن uptake می‌کنند و باید به اعضای لنفاوی ثانویه مهاجرت کنند و در اثر کموکاین‌هایی که مدام از این اعضا تولید می‌شوند، دندریتیک سل‌هایی که رسپتور این کموکاین‌ها را در اثر برخورد با آنتی‌ژن ) (APC به دست آورده اند، به سمت اعضای لنفاوی مهاجرت می‌کنند.

·          پاسخ‌های ایمنی اختصاصی یعنی تکثیرT-cellsوB-cells فقط در اعضا لنفاوی ثانویه اتفاق می‌افتد.

ü       Adipokines: از طریق بافت چربی تولید می‌شوند و در متابولیسم و در بیماری‌های مختلف (دیابت، atherosclerosis، فشارخون) نقش دارند.

ü       Others: مثل TGFبتا که در تنظیم پاسخ‌های ایمنی نقش دارد و جز هیچ‌یک از گروه‌های بالا نیست.

 

ویژگی سایتوکاین‌ها

1)       از جنس پروتئین یا گلیکوپروتئین با وزن مولکولی کم می‌باشند.

2)       شناخت رسپتورها و در نتیجه پیامد ویژه آن اهمیت بسیاری دارد.

3)       اتصال سایتوکاین‌ها به رسپتور در نهایت باعث تغییر الگوی بیان ژن در سلول دارنده رسپتور می‌شود.

 

اثرات سایتوکاین‌ها

کلیاتی از عملکرد سیستم ایمنی در فضای خارج سلولی در برابر پاتوژن

1)   در سلول­های بدن نیز همانند ارتش سلسله مراتب (Hierarchy) وجود دارد که در راس، سلول­هایAPC نقش فرمانده را داشته و با وجود این­که خود می­تواند با عوامل پاتوژنی مبارزه می­کنند (از طریق فاگوسیتوز) اما نقش اصلی آن­ها این است که تعیین می­کنند در شرایط مختلف چه مسیری فعال شود (Th-1 یا B-Cell یا ...).

2)   APC ها در مقایسه با دیگر لوکوسیت­ها از لحاظ قدمت حضور در بدن جانوران بیشترین قدمت را دارند مثلا در بدن جانوران بی مهره ساده­ای چون اسفنج فاگوسیت­ها حضور دارند درحالی­که ایمنی اختصاصی و T-Cell و B-Cell و... ندارند.

3)   T-Cellها نیز مانند افسر­های زیر دست، تحت فرمان APC ها هستند.

ائوزینوفیل­ ها و ماستوسیت­ ها

داخل ائوزینوفیل­ها و ماستوسیت­ها گرانول­های سمی وجود دارد که اگر آزاد شوند موجب مرگ کرم­های انگلی می­شود. سلول­های ایمنی که دارای گرانول­های سمی در داخل خود هستند باید 2 تا Check point  را رد کنند.

ائوزینوفیل­ها برای آزاد کردن گرانول­های سمی خود نیاز به سایتوکاین دارند به اسم اینترلوکین 5 که توسط TH2 تولید می­شود، در این صورت ائوزینوفیل­ها دگرانوله می­شوند. این گرانول­ها دارای Helminth site هستند که برای کرم­ها می­تواند سمی باشد.

ماست سل­ها نیز درون خود دارای هیستامین هستند که موجب افزایش جریان خون در ناحیه می­شود و باعث می­شود تا B Cellهای بیشتری تولید شده تا IgE بیشتری تولید کنند و ائوزینوفیل بیشتری به کمک بیایند. ماست سل­ها اینترلوکین 4 نیز می­توانند ترشح کنند.

·     کرم یا در سطح مخاط وجود دارد مانند آسکاریس و یا گاهی در بافت­ها می­باشد (کرم احشائی) بسته به آن نقش ائوزینوفیل­ها و ماستوسیت­ها باهم تفاوت می­کنند.

در سال ۲۰۰۷ T-Cell هایی از بررسی بافت­های خودی در بیماری­های خود ایمنی چون MS (خود ایمنی سیستم عصبی) و روماتوئید آرتریت (بیماری خود ایمنی که مفاصل را هدف قرار می­دهند) شناخته شدند که با تعداد فراوان وجود داشتند و برای ایجاد آن­ها نیاز به معجون پیچیده سایتوکاینی بود.

این T-Cell ها به دلیل اینکه مشخص شد IL-17 را تولید می­کنند، T-Helper₁₇ نام گرفتند.

نکته: در گذشته به IL-17 که به عنوان سایتوکاینی با اثر آسیب بافتی شناخته شده بود، Orphan cytokine (سایتوکاین یتیم) گفته می­شد زیرا سلول تولید­کننده آن مشخص نبود که بعدها مشخص شد IL-17 توسط Th₁₇ ها تولید می­شوند.

سوال: Th₁₇ ها با نقش­های منفی شناخته شدند اما نقش­های مثبت آن­ها در بدن ما چیست؟

پاسخ: 1- عده­ای که بر روی عفونت­های قارچی مطالعه می­کردند متوجه شدند که افزودن IL-17 به نوتروفیل­ها باعث تجمع بیشتر نوتروفیل­ها در محل و بهبود عملکرد آن­ها می­شوند و می­دانیم IL-17 توسط Th₁₇ ها تولید می­شوند. (بهبود عملکرد نوتروفیل­ها از طریق ترشح IL-17)

2- سلول­های اپیتلیال نقاط مختلف بدن می­توانند «پپتید­های ضد­میکروبی یا Anti-Microbial Peptide (AMP)» تولید کنند. اما این سلول­ها به تنهایی در برابر میکروب­ها AMP کمی تولید می­کنند در صورتی که اگر پیغامی از Th₁₇ ها به این سلول­ها داده شود باعث تشدید تولید AMP از سلول­های اپیتلیال می­شود. (تحریک تولید پپتید های ضد میکروبی از سلول های اپیتلیال)

تیپ 3 ازدیاد حساسیت

در تایپ III کمپلکس های ایمنی در خون تشکیل شده، در جایی رسوب کرده و واکنش نشان می دهد. معمولا کمپلکس هایی که اندازه ی متوسط دارند در عروق ریز پوست یا کلیه یا مفاصل گیر می کنند و باعث ضایعات مختلف می شوند.

بیماری های تیپ III Hypersensitivity:

تیپ 2 ازدیاد حساسیت

تیپ ۲ سه مکانیسم دارد.
1.      opsonization and phagocytosis

 

یعنی انتی بادی در سطح سلول قرار می گیرد و بعد یک سلول فاگوسیتوز کننده می آید و آن را فاگوسیتوز می کند. مثلا auto Ab در سطح گلبول قرمز قرار می گیرد و بعد یک سلول فاگوسیتوز کننده می آید و ان را لیز می کند.

2. Inflammation

انتی بادی در سطح بافت قرار می گیرد و بعد سیستم کمپلمان باعث التهاب می شود.

3. Abnormal cellular functions

انتی بادی روی رسپتور می نشیند و مکانیسم عمل رسپتور را بیشتر یا کمتر می کند. یعنی پاسخ طبیعی بافت بیشتر یا کمتر می شود.
یک بیماری داریم که درآن auto Ab در سطح گلبول قرمز می نشیند و بعد توسط فاگوسیت لیز می شود و از بین می رود که به کم خونی ناشی از لیز شدن گلبول قرمز از نوع خودایمنی (autoimmune hemolytic anemia) معروف است.

تیپ 1 ازدیاد حساسیت (Hypersensitivity type 1):

در این تیپ یک ماست‌سل یا بازوفیل را داریم (دارای گرانول های حاوی هیستامین، لوکوترین، پروستاگلاندین و ... ). بر سطح آن ها رسپتورهایی به نام FcƐ receptor وجود دارد که در واقع گیرنده­ی IgE هستند. وقتی با یک آلرژن مواجه می شویم، IgE تولید می‌شود که این IgE از بخش ثابت خود به گیرندهFcƐ receptor  متصل می‌شود. در این حالت بخش متغیر آن آزاد می باشد تا آلرژن به آن متصل شود. در این حالت این ماست‌سل آماده است وقتی ما برای دفعات بعدی با آلرژن مواجه بشویم، این آلرژن حداقل به 2 IgE در سطح سلول متصل می‌شود و تغییر شکل‌هایی فضایی در سطح ماست‌سل رخ می‌دهد و هیستامین آزاد خواهد شد؛ برای همین در اغلب آلرژی­ها آنتی هیستامین تجویز می‌شود. (مکانیسم ساده ی تیپ I)

وقتی که هیستامین ها و لوکوترین_­­ها آزاد شدند در عرض دقایقی (فاز حاد) علائم را می بینیم. اما بعد از آن علائم تا مدت نسبتا طولانی­ای باقی می‌ماند که به خاطر آزاد شدن سایتوکاین­هایی مثل کموکاین­ها،IL5 ، IL4، IL3 و TNF-α است.

انواع ازدیاد حساسیت

ü                  نقش دستگاه ایمنی: محافظت بدن علیه عوامل بیگانه
ü                  بیماری های نقص ایمنی به دو گروه اولیه و ثانویه تقسیم می شوند:

1.                  اولیه: بدن از همان ابتدا توان مبارزه ندارد مانند فقدان تیموس (سندروم دی جرج)؛ بیش از 300 نوع بیماری نقص ایمنی اولیه وجود دارد.
2.                  ثانویه: از ابتدا طحال و مغز استخوان و T cell و B cell وجود دارد اما به صورت ثانویه تخریب شده اند مانند افرادی که ایدز دارند (CD سل ها را تخریب می‌کند).
همچنین درمان سرطان (چه به صورت رادیوتراپی و چه به صورت کموتراپی) موجب اختلال در عملکرد سیستم ایمنی می‌شود.
افرادی که خودایمنی دارند و داروهای کورتیکواستروئید مصرف می‌کنند و افرادی که به هر دلیلی اسپلنکتومی (Splenectomy) می‌شوند (طحالشان برداشته می‌شود) و همچنین افرادی کهprotein losing enteropathy  دارند (اسهال هایی دارند که پروتئین دفع می‌کنند) مبتلا به نقص ایمنی ثانویه می‌شوند.

·                     ازدیاد حساسیت (واکنش بیش از حد) ← عامل مورد نظر بیگانه و پاتوژن نیست، اما عکس العمل بدن برابر آن مانند عکس العملی است که در برابر پاتوژن ها نشان می‌دهد.

ازدیاد حساسیت (Hypersensitivity)

1)                  آبریزش بینی و مشکلات مختلف Hypersensitivity

2)                  ضایعات پوستی روی صورت و دست و پا

3)                  آنژیو ادم، تورم پلک ها و حلق و فارنژ

4)                  ضایعات پوستی بعد از خوردن غذا، خون ریزی دستگاه گوارش

5)                  سختی در تنفس (مشکلات تنفسی)

6)                   پتوز یا افتادگی پلک چپ

7)                  ضایعات تاولی در مخاطات و پوست و دهان

8)                  ضایعات متعدد در ارگان های مختلف، نارسایی کلیه، مشکلات قلبی، مشکلات مفاصل، ضایعات پروانه ای یا malar rash در گونه ها

9)                  اگزوفتالمی (بیرون زدگی چشم)

10)              مشکلات مفاصل و دِفرمیتی مفاصل

11)              ضایعات پوسته ریزی دهنده در کل بدن

عرضه متقاطع یا Cross presentation

·       کارآمد ترین سلول عرضه کننده آنتی­ژن DC است.

·       عرضه آنتی­ژن به لنفوسیت‌های T سایکوتوکسیک در همه سلول‌های هسته­دار انجام می‌شود.

·       DC همMHC I و همMHC II را دارد.

سلول‌های Tسایکوتوکسیک برای پاسخ دادن به سلول‌های هسته­دار آلوده به DC نیاز دارند. اغلب DCها سلول‌های آلوده به میکروب داخل سلولی یا سلول‌های توموری را برداشت می‌کنند و سپس آنتی­ژن داخل سلولی را همراه MHC I به سلولTسایکوتوکسیک عرضه می‌کند و همراه با MHC II به سلول T helper عرضه می‌کند. این فرآیند را عرضه متقاطع گویند.