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Pesquisa fomentada pela Fapeg utiliza IA para reposicionamento e descoberta de fármacos para Covid-19

Ferramentas computacionais e de inteligência artificial serão grandes aliadas na luta contra o tempo para combater a pandemia de Covid-19 que assola o planeta. Uma estratégia acelerada por inteligência artificial vai ajudar na eficácia da pesquisa desenvolvida pela professora e pesquisadora Carolina Horta Andrade, da Faculdade de Farmácia da Universidade Federal de Goiás (UFG), voltada ao reposicionamento e descoberta de fármacos, ou seja, na busca de moléculas úteis como medicamentos contra a doença.

A pesquisa será realizada em duas abordagens distintas: reposicionamento de fármacos, que foca em encontrar novas aplicações para fármacos já aprovados para outras doenças para uso em humanos; e na descoberta de novas moléculas, ainda não testadas, que podem resultar em fármacos mais inovadores, mas com um prazo de desenvolvimento mais longo. O prazo formal para conclusão da pesquisa é de dois anos, mas a pesquisadora espera que dentro de seis meses já sejam alcançados resultados promissores de candidatos para seguirem para os estudos clínicos em humanos. “Já selecionamos fármacos através de duas abordagens computacionais diferentes e os testes com o vírus estão sendo conduzidos neste momento. Temos alguns candidatos promissores, nos resultados preliminares”, aponta a professora Carolina Horta.

A pesquisadora teve seu trabalho selecionado em uma convocação de projetos científicos promovida pelo Governo de Goiás, por meio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás (Fapeg), e vai receber R$ 195.000,00, que serão aplicados na aquisição de material de consumo necessário para a realização dos experimentos com o vírus (em laboratório NB3) e com as proteínas selecionadas, na compra de equipamentos de proteção individual, kits para testes RT-PCR, e com os fármacos e compostos priorizados pelas abordagens computacionais.

Carolina Horta explica que etapas computacionais do projeto já estão sendo desenvolvidas, para seleção e priorização dos fármacos e compostos a serem testados em laboratório. “Com a IA, conseguimos reduzir o tempo e o número de compostos a serem testados, priorizando aqueles com maior potencial de ter atividade contra proteínas-alvo do vírus ou da célula hospedeira, que sejam importantes nos processos de infecção (entrada do vírus na célula hospedeira) e de replicação do vírus”. Como os ensaios contra o vírus, que precisam ser realizados em laboratório de contenção biológica nível 3 (NB3), são caros e demorados, a pesquisadora vai utilizar as ferramentas computacionais para acelerar o processo de descoberta e assim aumentar as chances de acerto e reduzir as falhas.

A pesquisadora e sua equipe já desenvolveram modelos computacionais e de IA para alguns alvos que estão trabalhando, e já selecionaram duas remessas de fármacos para testar contra o vírus. Atualmente, esses fármacos estão sendo testados no laboratório NB3 coordenado pelo professor José L. Proença-Módena, na Unicamp, e também no Centro de Desenvolvimento Tecnológico em Saúde da Fiocruz, coordenado pelo Dr. Thiago Moreno Lopes e Souza, onde parte dos experimentos com o coronavírus será realizada.

Com o auxílio recebido da Fapeg serão avaliados em torno de 15 a 20 fármacos e/ou compostos químicos. Essa avaliação se dará in vitro, em culturas de células de laboratório, infectadas com o vírus SARS-CoV-2. Também será avaliada a atividade inibitória desses fármacos/compostos contra as enzimas-alvo selecionadas, além de testar a toxicidade desses compostos contra células de mamíferos. “Com a obtenção de dados promissores, podemos chegar a candidatos para seguirem para os estudos clínicos em seres humanos”, explica a pesquisadora.

Big Data
“Estamos vivendo a era do Big Data. Geramos muito mais conhecimento do que somos capazes de absorver e aprender com eles. A IA pode ser aplicada na área de pesquisa de descoberta de fármacos, pois os computadores podem “aprender” com os dados já produzidos, ou seja, os erros e acertos a respeito de milhares de compostos que já foram testados anteriormente podem ser usados para treinar os computadores a aprenderem com os dados. A partir daí, podemos gerar modelos que possam predizer a atividade de compostos ainda não testados”, comemora a pesquisadora. Ela acrescenta que, esses modelos poderão predizer a atividade antiviral contra SARS-CoV-2 de fármacos e compostos que ainda não foram testados experimentalmente, e dessa forma, pode-se reduzir o tamanho do universo químico a se explorar, ou seja o número de compostos a se testar experimentalmente.

A IA também pode auxiliar através do reconhecimento de padrões. “O processo de reconhecimento molecular, entre o fármaco e sua proteína-alvo, segue padrões moleculares e perfis de interação, e se aplicamos esses padrões como “regras”, conseguimos mais uma vez, priorizar aqueles compostos com maior potencial de interagirem com estes alvos biológicos, isto é, serem ativos. Assim, a IA pode mudar o processo de descoberta de fármacos que é longo e com alta taxa de erros, para um processo mais rápido e com maior taxa de sucesso”, explica a pesquisadora.

Carolina Horta

Foto: Marcello Dantas

Colaboradores e parceiros
A equipe da professora Carolina Horta já possui vasta experiência em desenvolvimento e aplicações de ferramentas computacionais para descoberta de novos candidatos a fármacos para outras doenças tropicais negligenciadas e emergentes, como malária, esquistossomose, leishmaniose, doença de Chagas, zika, ebola, tuberculose, entre outras.

Em Goiás, todo o trabalho computacional será executado no Laboratório de Planejamento de Fármacos e Modelagem Molecular (LabMol), localizado na Faculdade de Farmácia da UFG. A equipe da professora Carolina Horta é composta pelo professor Bruno Neves, também da FF/UFG; pelas bolsistas de pós-doc Dra. Melina Mottin (DCR Fapeg-CNPq), Dra. Joyce Villa-Verde Bastos Borba (Fapesp), além de vários alunos de doutorado, mestrado e de iniciação científica que fazem parte do grupo LabMol e estão mobilizados nesse projeto de COVID-19.

Carolina Horta

Profa. Carolina Horta e sua equipe do LabMol. Da esquerda para direita: Prof. Bruno Neves, e os alunos e pós-docs: Paulo Pimenta, Sabrina Silva, Dra. Joyce Bastos, Bruna Souza, Dra. Marília Lima, Dr. Vinícius Alves, Dra. Melina Mottin, José Teófilo Filho e Steven Hall (Foto tirada durante o Simpósio Brasileiro de Química Medicinal, organizado pela Profa. Carolina Horta em 2019 em Pirenópolis, com apoio da Fapeg).

Na Unicamp, a equipe conta com parceria já estabelecida com o professor Fabio T.M. Costa, através de um projeto temático da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), focado em identificar novos alvos moleculares e terapias contra a malária. Os ensaios de citotoxicidade em células de mamíferos e ensaios funcionais serão realizados no Laboratório de Doenças Tropicais (LDT), localizado no Instituto de Biologia, coordenado pelo Prof. Costa. Parte dos trabalhos com o corona vírus será executada no Laboratório de Viroses Emergentes (LEVE), coordenado pelo Prof. José L. Proença-Módena, também localizado no Instituto de Biologia da Unicamp e parte será desenvolvida no Centro de Desenvolvimento Tecnológico em Saúde (CDTS), localizado na Fiocruz, sob a supervisão do Dr. Thiago Moreno Lopes e Souza.

A equipe conta ainda com a colaboração dos professores Maria Cristina Nonato e Flavio Emery, ambos da Faculdade de Ciências Farmacêuticas da USP-Ribeirão Preto, que possuem experiência em cristalografia de proteínas e em síntese orgânica, respectivamente, e da professora Izabela M. Dourado Bastos, do Instituto de Biologia da UnB, especialista na área de biologia molecular e em proteases de outros vírus, como dengue e zika.

O projeto também tem a colaboração da empresa norte-americana Collaborations Pharmaceuticals, cujo CEO Dr. Sean Ekins, possui vasta experiência na área de descoberta de fármacos tendo atuado por mais de 20 anos em grandes indústrias farmacêuticas. A empresa colabora no projeto com consultoria e auxílio em toda a parte de inteligência artificial, seleção dos fármacos e testes com proteínas do vírus.

Os estudos serão realizados através de uma abordagem multidisciplinar que envolverá desenvolvimento e aplicação de ferramentas de inteligência artificial, ensaios de triagem virtual, ensaios enzimáticos e biofísicos, testes de atividade antiviral em cultura de células em laboratório de contenção biológica nível 3, caracterização estrutural dos complexos proteína-ligante, síntese e otimização de análogos, para a identificação de compostos eficazes úteis no tratamento da Covid-19.

Fonte: FAPEG

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