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Biologia in Silico
I computer in grado di imitare la vita sono stati a lungo oggetto di incubi fantascientifici, come Terminator o HAL 9000 del 2001. Ma per i ricercatori che lottano per dare un senso a grandi quantità di nuovi dati biologici e per le aziende farmaceutiche ansiose di tagliare i costi e accelerare lo sviluppo , avere accurate simulazioni al computer di sistemi viventi è ancora un sogno. Per realizzare quel sogno, si stanno rivolgendo alla biologia in silico, costruendo modelli informatici degli intricati processi che avvengono all'interno di cellule, organi e persino persone. L'obiettivo finale: un intero organismo modellato in silicio, che consente ai ricercatori di testare nuove terapie proprio come gli ingegneri pilotano nuovi progetti di aeroplani su supercomputer.
Per più di un decennio, i chimici medicinali hanno cercato di rendere più razionale la scoperta di farmaci, utilizzando computer per simulare come, ad esempio, una nuova molecola di farmaco si lega a un recettore. Ma i modelli informatici odierni vanno ben oltre, sfruttando i dati provenienti da aree che vanno dal sequenziamento del genoma agli studi clinici per osservare come un potenziale farmaco influisce su interi sistemi biologici. La creazione di una cellula virtuale o, meglio ancora, di un cardiopatico virtuale è ancora un lavoro in corso, ma anche i primi modelli potrebbero iniziare a intaccare l'enorme costo di sviluppo di nuovi farmaci.
Questa storia faceva parte del nostro numero di marzo 2001
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Secondo i dati del settore, l'utilizzo di metodi tradizionali richiede in media 500 milioni di dollari e 15 anni per sviluppare e testare un farmaco; Secondo un recente rapporto di PricewaterhouseCoopers, le tecnologie in silico potrebbero far risparmiare almeno 200 milioni di dollari e da due a tre anni per farmaco. Uno dei motivi è che il processo di sperimentazione dei farmaci, durante il quale un composto viene studiato negli animali e poi nell'uomo, è tutt'altro che efficiente. Secondo le statistiche della Food and Drug Administration degli Stati Uniti, gli studi sull'uomo falliscono dal 70 al 75 percento dei farmaci che vi entrano. Alcune prove falliscono solo perché la dose è sbagliata.
Per dimostrare quanto possa essere inefficiente un simile approccio per tentativi ed errori, Thomas Paterson, direttore scientifico di Menlo Park, Entelos con sede in California, fa questo confronto: se Boeing sviluppasse aerei come l'industria farmaceutica sviluppa farmaci, sviluppare 10 aerei molto diversi, farli volare e quello che non si è schiantato sarebbe quello che venderanno alla United Airlines. Quindi aziende come Entelos e Princeton, Physiome Sciences di NJ, stanno sviluppando modelli informatici che possono essere utilizzati sia per identificare bersagli molecolari per nuovi farmaci sia anche per simulare studi clinici. Ad esempio, il gigante farmaceutico Bayer con sede a Leverkusen, in Germania, sta utilizzando uno dei modelli di Entelos per valutare un potenziale farmaco per gli asmatici, testando una varietà di tipi di pazienti e regimi di trattamento al computer.
Internet potrebbe diventare uno strumento fondamentale nello sviluppo di tali modelli, consentendo ai ricercatori di collaborare in tutto il mondo. Così Physiome ha collaborato con il Bioengineering Research Group presso l'Università di Auckland in Nuova Zelanda per sviluppare un linguaggio informatico standard aperto per la modellazione biologica. Quel linguaggio, chiamato cellML, è disponibile su www.cellml.org . L'idea, afferma il vicepresidente esecutivo di Physiome Thomas Colatsky, è che i ricercatori saranno in grado di costruire modelli in un formato comune e condividere tali modelli tramite il Web.
Tuttavia, molti credono che sia prematuro per i ricercatori farmaceutici iniziare a liberare i loro topi da laboratorio. Leslie Loew, membro del comitato consultivo di cellML e direttore del Center for Biomedical Imaging Technology presso l'Università del Connecticut Health Center, ha reso accessibile sul Web il proprio kit di strumenti di modellazione: la cella virtuale, a www.nrcam.uchc.edu . Entro cinque anni, prevede Loew, il software di modellazione sarà uno strumento di routine, forse indispensabile, per chiunque cerchi di capire come funzionano le cellule. Ma, avverte Loew, ci vorranno ancora molti anni per costruire modelli completi e altamente accurati di intere cellule, per non parlare di organi o interi organismi. E il professore di bioinformatica Masaru Tomita, il cui gruppo alla Keio University di Fujisawa, in Giappone, ha messo sul Web il suo software di simulazione E-Cell all'indirizzo www.e-cell.org-agrees . Mentre E-Cell mira a modellare cellule intere e, infine, interazioni tra una dozzina o meno di cellule, Tomita afferma che modellare qualcosa di più complesso sarebbe un gioco completamente diverso.