Drug design, often referred to as rational drug design or simply rational design, is the inventive process of finding new medications based on the knowledge of a biological target.
Perancangan obat atau desain obat (Bahasa Inggris: Drug Design) adalah proses inventif untuk menemukan obat baru berdasarkan pengetahuan tentang obat yang sudah ada atau target biologisnya.
The drug is most commonly an organic small molecule that activates or inhibits the function of a biomolecule such as a protein, which in turn results in a therapeutic benefit to the patient.
Obat umumnya berupa molekul kecil organik yang mengaktifkan atau menghambat fungsi suatu biomolekul seperti protein, yang menghasilkan efek terapeutik.
In the most basic sense, drug design involves the design of molecules that are complementary in shape and charge to the biomolecular target with which they interact and therefore will bind to it.
Sederhananya, desain obat adalah proses merancang molekul agar dapat berinteraksi dengan target biomolekuler.
This type of modeling is sometimes referred to as computer-aided drug design.
Desain obat sering menggunakan teknik pemodelan komputer (disebut juga desain obat berbantuan komputer).
Finally, drug design that relies on the knowledge of the three-dimensional structure of the biomolecular target is known as structure-based drug design.
Desain obat yang didasarkan pada struktur tiga dimensi target dikenal sebagai desain obat berbasis struktur.
In some cases, small molecules will be designed to enhance or inhibit the target function in the specific disease modifying pathway.
Dalam beberapa kasus, molekul kecil akan dirancang untuk meningkatkan atau menghambat fungsi target dalam jalur modifikasi penyakit tertentu.
Small molecules (drugs) can be designed so as not to affect any other important "off-target" molecules (often referred to as antitargets) since drug interactions with off-target molecules may lead to undesirable side effects.
Obat dapat dirancang sedemikian rupa sehingga tidak berikatan dengan molekul selain target, "off-target", untuk menghindari efek samping yang tidak diinginkan.
In addition, mRNA-based gene silencing technologies may have therapeutic applications.
Selain itu, teknologi pembungkaman gen berbasis mRNA mungkin memiliki aplikasi terapeutik.
For example, nanomedicines based on mRNA can streamline and expedite the drug development process, enabling transient and localized expression of immunostimulatory molecules.
Sebagai contoh, nanomedicine berbasis mRNA berpotensi memperlancar dan mempercepat proses pengembangan obat, sehingga memungkinkan produksi obat secara cepat dalam menghadapi wabah.
Phenotypic drug discovery is a traditional drug discovery method, also known as forward pharmacology or classical pharmacology.
Penemuan obat fenotipik, yang juga dikenal sebagai farmakologi maju atau farmakologi klasik, merupakan pendekatan tradisional dalam penemuan obat.
It uses the process of phenotypic screening on collections of synthetic small molecules, natural products, or extracts within chemical libraries to pinpoint substances exhibiting beneficial therapeutic effects.
Metode ini memanfaatkan proses skrining fenotipik terhadap koleksi molekul kecil sintetis, produk alami, atau ekstrak dalam perpustakaan kimia untuk mengidentifikasi zat-zat yang menunjukkan efek terapeutik yang bermanfaat.
This method is to first discover the in vivo or in vitro functional activity of drugs (such as extract drugs or natural products), and then perform target identification.
Karakteristik utama metode ini adalah penentuan awal aktivitas fungsional obat secara in vivo atau in vitro (misalnya, melalui pengujian ekstrak obat atau produk alami), yang kemudian diikuti dengan identifikasi target molekulernya.
Phenotypic discovery uses a practical and target-independent approach to generate initial leads, aiming to discover pharmacologically active compounds and therapeutics that operate through novel drug mechanisms.
Penemuan fenotipik mengadopsi pendekatan praktis dan independen terhadap target untuk menghasilkan petunjuk awal pengembangan obat, dengan tujuan akhir menemukan senyawa dan terapi yang aktif secara farmakologis dan bekerja melalui mekanisme aksi obat yang baru.
This method allows the exploration of disease phenotypes to find potential treatments for conditions with unknown, complex, or multifactorial origins, where the understanding of molecular targets is insufficient for effective intervention.
Pendekatan ini memungkinkan eksplorasi fenotipe penyakit untuk menemukan pengobatan potensial bagi kondisi-kondisi dengan asal-usul yang belum diketahui, kompleks, atau multifaktorial, di mana pemahaman tentang target molekuler saja tidak memadai untuk intervensi yang efektif.
Rational drug design (also called reverse pharmacology) begins with a hypothesis that modulation of a specific biological target may have therapeutic value.
Desain obat rasional (juga disebut farmakologi terbalik) dimulai dengan hipotesis bahwa intervensi target biologis tertentu mungkin memiliki efek terapeutik.
In order for a biomolecule to be selected as a drug target, two essential pieces of information are required.
Agar suatu biomolekul dapat dipilih sebagai target obat, diperlukan dua informasi penting.
The first is evidence that modulation of the target will be disease modifying.
Yang pertama adalah bukti bahwa intervensi target akan mengubah penyakit.
This knowledge may come from, for example, disease linkage studies that show an association between mutations in the biological target and certain disease states.
Pengetahuan ini mungkin berasal dari, misalnya, studi keterkaitan penyakit yang menunjukkan adanya hubungan antara mutasi pada target biologis.
The second is that the target is capable of binding to a small molecule and that its activity can be modulated by the small molecule.
Yang kedua adalah bahwa target mampu mengikat molekul kecil dan aktivitasnya dapat diintervensi oleh molekul kecil tersebut.
The search for small molecules that bind to the target is begun by screening libraries of potential drug compounds.
Pencarian molekul kecil yang mengikat target dimulai dengan menyaring perpustakaan senyawa obat potensial.
In addition, if the structure of the target is available, a virtual screen may be performed of candidate drugs.
Selain itu, jika struktur target tersedia, skrining virtual dapat dilakukan terhadap kandidat obat.
Ideally, the candidate drug compounds should be "drug-like", that is they should possess properties that are predicted to lead to oral bioavailability, adequate chemical and metabolic stability, and minimal toxic effects.
Idealnya, senyawa obat kandidat haruslah “drug like”, yaitu harus memiliki sifat-sifat yang diperkirakan dapat meningkatkan bioavailabilitas oral, stabilitas kimia dan metabolik yang memadai, dan efek toksik yang minimal.
Several methods are available to estimate druglikeness such as Lipinski's Rule of Five and a range of scoring methods such as lipophilic efficiency.
Terdapat beberapa metode yang tersedia untuk memperkirakan kemiripan obat seperti Lipinski Rule of Five dan berbagai metode penilaian seperti efisiensi lipofilik.
Several methods for predicting drug metabolism have also been proposed in the scientific literature.
Beberapa metode untuk memprediksi metabolisme obat juga telah diusulkan dalam literatur ilmiah.
Due to the large number of drug properties that must be simultaneously optimized during the design process, multi-objective optimization techniques are sometimes employed.
Karena banyaknya sifat obat yang harus dioptimalkan secara bersamaan selama proses desain, teknik optimasi multi-objektif terkadang digunakan.
Finally because of the limitations in the current methods for prediction of activity, drug design is still very much reliant on serendipity and bounded rationality.
Akhirnya karena keterbatasan metode prediksi aktivitas yang ada saat ini, desain obat masih sangat bergantung pada kebetulan dan rasionalitas terbatas.
The most fundamental goal in drug design is to predict whether a given molecule will bind to a target and if so how strongly.
Tujuan utama desain obat adalah memprediksi apakah suatu molekul akan berikatan dengan target dan seberapa kuat ikatannya.
Molecular mechanics or molecular dynamics is most often used to estimate the strength of the intermolecular interaction between the small molecule and its biological target.
Mekanika molekular atau dinamika molekular umumnya digunakan untuk memperkirakan kekuatan interaksi antara molekul kecil dan target biologisnya.
These methods are also used to predict the conformation of the small molecule and to model conformational changes in the target that may occur when the small molecule binds to it.
Metode ini juga dipakai untuk memprediksi konformasi molekul kecil dan memodelkan perubahan konformasi target saat berikatan dengan molekul kecil.
Semi-empirical, ab initio quantum chemistry methods, or density functional theory are often used to provide optimized parameters for the molecular mechanics calculations and also provide an estimate of the electronic properties (electrostatic potential, polarizability, etc.) of the drug candidate that will influence binding affinity.
Metode kimia kuantum, semi-empiris, ab initio, dan density functional theory sering digunakan untuk memberikan parameter optimal bagi perhitungan mekanika molekuler dan juga memberikan estimasi sifat elektronik (elektrostatik, polarisabilitas, dll.)
Molecular mechanics methods may also be used to provide semi-quantitative prediction of the binding affinity.
Metode mekanika molekular juga dimanfaatkan untuk menghasilkan prediksi semi-kuantitatif terkait afinitas pengikatan.
These methods use linear regression, machine learning, neural nets or other statistical techniques to derive predictive binding affinity equations by fitting experimental affinities to computationally derived interaction energies between the small molecule and the target.
Pendekatan ini memanfaatkan teknik statistik seperti regresi linier, pembelajaran mesin, neural network, atau metode serupa lainnya untuk memperoleh persamaan prediktif afinitas pengikatan dengan cara mengkorelasikan afinitas yang diperoleh secara eksperimental dengan energi interaksi yang dihitung secara komputasi antara molekul kecil dan target.
Ideally, the computational method will be able to predict affinity before a compound is synthesized and hence in theory only one compound needs to be synthesized, saving enormous time and cost.
Metode komputasi diharapkan mampu memprediksi afinitas senyawa sebelum sintesis, memungkinkan sintesis tunggal dan penghematan biaya serta waktu.
In practice, it requires several iterations of design, synthesis, and testing before an optimal drug is discovered.
Akibatnya, proses penemuan obat masih memerlukan beberapa siklus desain, sintesis, dan pengujian.
Computational methods have accelerated discovery by reducing the number of iterations required and have often provided novel structures.
Meskipun demikian, kontribusi metode komputasi tetap signifikan dalam mempercepat proses penemuan dengan mengurangi jumlah iterasi yang diperlukan dan memunculkan ide struktur baru.
Current methods for structure-based drug design can be divided roughly into three main categories.
Desain obat yang didasarkan pada struktur tiga dimensi target dikenal sebagai desain obat berbasis struktur.
Phenotypic screening is characterized by the process of screening drugs using cellular or animal disease models to identify compounds that alter the phenotype and produce beneficial disease-related effects.
Skrining fenotipik ditandai dengan proses skrining obat menggunakan model penyakit seluler atau hewan untuk mengidentifikasi senyawa yang mengubah fenotipe dan menghasilkan efek terkait penyakit yang menguntungkan.
Emerging technologies in high-throughput screening substantially enhance processing speed and decrease the required detection volume.
Teknologi baru dalam high-throughput screening secara substansial meningkatkan kecepatan pemrosesan dan mengurangi volume deteksi yang diperlukan.
Virtual screening uses a range of computational methods that empower chemists to reduce extensive virtual libraries into more manageable sizes.
Skrining virtual menggunakan berbagai metode komputasi yang memungkinkan ahli kimia untuk mengurangi perpustakaan virtual yang sangat besar menjadi lebih mudah dikelola.