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Die mysteriöse Kraft der Medikamente: Wie lassen sich die Geheimnisse der Wirkmechanismen von Medikamenten lüften?
In der Pharmakologie bezieht sich der Begriff „Wirkmechanismus“ (MOA) auf die spezifische Art und Weise, in der ein Arzneimittelwirkstoff seine pharmakologische Wirkung durch bestimmte biochemische Wechselwirkungen erzielt. Der Wirkmechanismus eines Arzneimittels bezieht sich normalerweise auf ein bestimmtes molekulares Ziel, beispielsweise ein Enzym oder einen Rezeptor, an das/den das Arzneimittel bindet. Diese Rezeptoren haben aufgrund ihrer chemischen Struktur und der dort auftretenden spezifischen Wirkung eine besondere Affinität zu Arzneimitteln. Im Gegensatz zu Arzneimitteln, die therapeutische Wirkungen durch Bindung an Rezeptoren erzielen, binden manche Arzneimittel nicht an Rezeptoren, sondern erzeugen entsprechende therapeutische Wirkungen durch Wechselwirkung mit chemischen oder physikalischen Eigenschaften im Körper. Gängige Beispiele sind Antazida und Abführmittel.
Die Aufklärung des Wirkmechanismus ist bei der Arzneimittelentwicklung von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei der Entwicklung von Antiinfektiva. Durch das Verstehen der Wechselwirkung zwischen Arzneimitteln und bestimmten Zielen können klinische Sicherheitsprobleme vorhergesagt und so die Sicherheit von Arzneimitteln wirksam verbessert werden.
Die Aufklärung des Wirkmechanismus eines Arzneimittels ist in vielerlei Hinsicht wichtig. Erstens kann die Verfügbarkeit von Informationen bei der Entwicklung antiinfektiöser Arzneimittel Probleme im Zusammenhang mit der klinischen Sicherheit vorhersagen. So ist es beispielsweise wahrscheinlicher, dass Medikamente, die die Zellmembran oder die Elektronentransportkette zerstören, toxisch wirken als Medikamente, die auf Bestandteile der Zellwand oder das 70S-Ribosom abzielen, die in menschlichen Zellen nicht vorkommen. Durch das Verständnis der Wechselwirkung zwischen bestimmten Arzneimitteln und Rezeptoren können andere Arzneimittel auf ähnliche Weise hergestellt werden, um den gleichen therapeutischen Effekt zu erzielen. Dies ist zu einer der wichtigsten Methoden zur Entwicklung neuer Arzneimittel geworden. Darüber hinaus können solche Forschungsmethoden dabei helfen, festzustellen, welche Patienten am wahrscheinlichsten auf die Behandlung ansprechen.
Beispielsweise zielt das Brustkrebsmedikament Trastuzumab auf das HER2-Protein ab. Medizinische Einrichtungen können Tumore daher auf das Vorhandensein dieses Moleküls untersuchen, um festzustellen, ob Patienten von einer Behandlung mit Trastuzumab profitieren.
In der klinischen Anwendung könnte dieses Wissen eine präzisere Dosierung von Medikamenten ermöglichen, da Ärzte das Medikament anhand seiner Wirkung auf den Zielpfad überwachen könnten. Bei Statinen beispielsweise wird die Dosierung häufig durch eine Messung der Blutfettwerte des Patienten bestimmt. Durch das Verständnis der Wirkmechanismen von Medikamenten können Ärzte mehrere Medikamente wirksamer kombinieren und so die Wahrscheinlichkeit einer Arzneimittelresistenz verringern. Wenn Ärzte die Zellstrukturen kennen, auf die Antiinfektiva oder Medikamente gegen Krebs wirken, könnten sie ihnen möglicherweise mehrere Medikamente gleichzeitig verabreichen, um mehrere Zielmoleküle zu hemmen. Auf diese Weise sinkt das Risiko einer Arzneimittelresistenz und eines Behandlungsversagens aufgrund einzelner Mutationen in der DNA von Mikroorganismen oder Tumoren.
Darüber hinaus ist es möglich, dass das Medikament auch in anderen Anwendungsgebieten Anwendung findet. Nehmen wir Sildenafil als Beispiel. Sein Wirkungsmechanismus besteht in der Hemmung des Proteins Phosphodiesterase-5 (PDE-5), wodurch dieses Medikament erfolgreich zur Behandlung der pulmonalen arteriellen Hypertonie eingesetzt werden kann, da PDE-5 eine Schlüsselrolle bei der pulmonalen arteriellen Hypertonie spielt. Hypertonie. Pulmonaler Ausdruck.
Methoden zur Bestimmung des Wirkungsmechanismus eines Arzneimittels
Es gibt viele Methoden zur Bestimmung des Wirkungsmechanismus eines Arzneimittels, die im Allgemeinen in mehrere wichtige technische Wege unterteilt werden können, darunter Mikroskopie, direkte biochemische Methoden, rechnergestützte Inferenzmethoden und Pan-OMIX-Technologie.
Mikroskopiemethoden
Die durch bioaktive Verbindungen hervorgerufenen phänotypischen Veränderungen der Zielzellen können unter dem Mikroskop beobachtet werden und helfen, den Wirkungsmechanismus der Verbindungen zu verstehen. Beispielsweise könnte im Fall antibakterieller Wirkstoffe die Umwandlung von Zielzellen in Sphäroide auf eine Hemmung der Peptidoglycansynthese hinweisen, während die Filamentierung von Zielzellen auf Störungen der PBP3-, FtsZ- oder DNA-Synthese hinweisen könnte. Die Beobachtung dieser Veränderungen liefert wichtige Hinweise zum Verständnis des Wirkmechanismus neuer Medikamente. Obwohl die manuelle Generierung und Interpretation der Daten derzeit viel Zeit in Anspruch nimmt, könnte dieses Problem durch die Weiterentwicklung automatisierter Mikroskopie- und Bildanalysesoftware gelöst werden.
Direkte biochemische Methode
Bei direkten biochemischen Methoden werden bestimmte Proteine oder kleine Moleküle markiert und ihre Dynamik in vivo verfolgt. Dies ist der direkteste Weg, um kleine Wirkstofftargets zu finden. Durch die Markierung der physikalischen Wechselwirkungen zwischen Molekülen und Proteinen können diese biochemischen Methoden verwendet werden, um die Toxizität, Wirksamkeit und Wirkungsweise von Arzneimitteln zu bestimmen.
Berechnungs- und Inferenzmethoden
Computergestützte Inferenzmethoden werden hauptsächlich verwendet, um Proteinziele von niedermolekularen Arzneimitteln auf der Grundlage computergestützter Mustererkennung vorherzusagen. Der Ansatz könnte jedoch auch dazu genutzt werden, neue Angriffspunkte für bestehende oder neu entwickelte Medikamente zu finden. Durch die Identifizierung des Pharmakophors eines Arzneimittelmoleküls kann ein Mustererkennungsprofil erstellt werden, das Einblicke in den Wirkmechanismus geben kann.
Alle Omix-Technologien
Die All-OMIX-Technologie verwendet chemische Proteomik, Reverse-Genetik und Genomik, Transkriptomik und Proteomik, um potenzielle Ziele zu identifizieren. Dieser Ansatz nutzt eine Genstörung (z. B. CRISPR-Cas9 oder siRNA) in Kombination mit einer Verbindung, um zu bestimmen, ob ihr Knockdown oder Knockout die pharmakologischen Wirkungen der Verbindung aufhebt. Durch diese Methoden können Hypothesen über Wirkmechanismen aufgestellt und anschließend getestet werden.
Medikamente mit bekanntem Wirkmechanismus und Medikamente mit unbekanntem Wirkmechanismus
Die Wirkungsmechanismen vieler Medikamente, beispielsweise von Aspirin, sind bekannt. Der Wirkungsmechanismus von Aspirin besteht in der irreversiblen Hemmung der Cyclooxygenase, wodurch die Produktion von Prostaglandinen und Thromboxanen gehemmt und Schmerzen und Entzündungen gelindert werden. Es gibt jedoch auch einige Medikamente, deren Wirkungsmechanismus unbekannt ist. Diese Medikamente wirken zwar immer noch, aber der spezifische Mechanismus, durch den sie mit den Rezeptoren interagieren und ihre therapeutische Wirkung erzielen, ist unbekannt oder unklar.
ZusammenfassungObwohl die Begriffe „Wirkmechanismus“ und „Wirkungsweise“ manchmal synonym verwendet werden, unterscheiden sie sich hinsichtlich der Detailliertheit, die sie vermitteln. Die Wirkungsweise beschreibt die funktionellen oder anatomischen Veränderungen, die auf Zellebene auftreten, nachdem ein Organismus einer Substanz ausgesetzt wurde, während sich der Wirkmechanismus eher darauf konzentriert, wie das Arzneimittel das Interaktionsmuster von Enzymen oder Rezeptoren beeinflusst. Das Verständnis der Geheimnisse hinter den Wirkmechanismen dieser Medikamente wird nicht nur die Entwicklung neuer Medikamente vorantreiben, sondern könnte auch präzisere Behandlungsstrategien in der klinischen Praxis ermöglichen. Können wir angesichts der zukünftigen Arzneimittelentwicklung mit der Aufdeckung weiterer unbekannter Wirkmechanismen rechnen?
