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研发一个药物，让它从一个化学分子到药房里面的药物需要20年时间可能花费超过 3.5 亿美元（有时超过 10 亿美元！）。要了解为什么药物开发需要这么长时间以及为什么它们的成本如此之高，你首先需要了解药物的定义。 药物，即用于治疗、治愈、预防或诊断疾病的化学物质，或用于提高身体或精神健康的物质。 药物是小分子（可能是有机分子），作为配体与受体结合，以调节生化途径的功能。 以下是药物选择的主要步骤 - 药物靶点的目标是根据药物的预期效果和与靶点相关的代谢途径确定的。
- 根据机械因素（药物与受体分子的结合程度）计算筛选出数百万个小分子。这被称为主要检测(primary assay)。
- 使用主要测定中的先导化合物进行的体外测试为研究人员提供了“先导化合物”列表。
- 优化先导化合物，在这个阶段，开发人员会研究药物如何影响你的身体以及你的身体如何影响药物，他们进一步缩小了药物清单
- 临床试验——药物在人体上进行数月至数年的测试。一旦药物被验证为安全有效且没有合理的副作用，该药物就会投放市场。
你可以把这个过程想象成一个漏斗。数十亿种可能的化合物从顶部开始，随着开发过程的每一步，可能的候选化合物的数量呈指数级减少。经过 1-2 年的研究、约 10 亿美元的资金和 FDA 的批准，该药物终于上市了。 药物的主要目标是在分子水平上改变细胞过程以产生生理作用来治疗疾病。如前所述，完成的主要方式是药物（配体）与蛋白质（受体）结合。 配体和受体之间的相互作用通常涉及复杂的化学反应，但主要是通过与受体结合，配体正在改变某种生化途径。
- 药物可以起到抑制剂的作用，阻止酶与其正常配体结合。一个例子是布洛芬，它阻断环氧合酶的活性位点，从而防止产生引起疼痛的分子前列腺素。
- 一种药物可以作为变构调节剂发挥作用，它与蛋白质的第二个位点结合，并从该位置远程触发形状变化。一类称为苯二氮卓类的药物对人脑具有诱导睡眠、放松肌肉和抗焦虑的作用。通过变构修饰大脑中的 GABA 受体，它增强了神经递质 GABA 的活性。
药物开发第一步的目标是首先找到一种靶点受体，该受体在涉及医学病症的通路中起着至关重要的作用。 想象一下，您必须打开一扇锁着的门。但这就是挑战：只有一把钥匙可以打开门。这就是让它变得更加困难的原因：每个键都有与其他键略有不同的脊和槽口。因此，即使只有一把钥匙可以打开门，也可能有 100 多把其他钥匙可以插入锁中，但实际上并不能打开门。 这就是化合物筛选的全部内容。尝试所有的钥匙，看看哪些真正适合锁。我们还没有转动钥匙来查看哪一个真正打开了门。每个键上的脊和凹口代表构成每个潜在候选药物的原子和键。原子和键的排列方式改变了配体与受体的相互作用方式。就药物而言，目标是找到与受体结合最牢固的分子。下一节重点介绍这些化学相互作用。配体-受体相互作用涉及几个关键因素，以下是对每个因素的简要说明：- 氢键：由 OH、HF 和 HN 键中原子的部分电荷引起的吸引力
- 共价键：受体中的原子与配体中的原子之间由于电子共享而产生的键合
目前，试图计算药物与其受体之间结合亲和力的软件（例如Autodock Vina）相对低效且不可靠。药物筛选的新创新试图结合人工智能和机器学习，以加速这一过程。 适用于突破专利的情况下，寻找和发现新骨架。为药物研发人员在选择优势骨架时的多样性、新颖性、成药性等方面提供更多可能性和选择。 依托对复合物电子密度拓扑性质的深入分析，结合深度学习模型，预测配体-受体之间的非共价相互作用（NCI），进而对靶点与药物结合模式进行深度分析。 基于深度学习，快速推荐出高质量分子，并能基于分子某特定属性进行优化，如类药性、心脏毒性和合成可及性的属性优化。帮助药物研发人员更快将先导化合物推至临床候选化合物。
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