Metodo (Q)SAR: cos’è e quando viene applicato

2019-08-02T23:26:21+00:00 agosto 2nd, 2019|Metodi, Normative|0 Commenti
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Il metodo (Q)SAR e i metodi in silico sono spesso utilizzati per “predireproprietà chimico-fisiche e tossicologiche di molecole a struttura nota in assenza di dati sperimentali. L’industria chimica è in continua evoluzione: basti pensare alle 15’000 molecole registrate ogni giorno (5.5 milioni all’anno!) sul Chemical Abstract Service (CAS), che vanno ad aggiungersi alle 144 milioni già registrate in passato. Di queste molecole, circa il 95% è completamente privo (o quasi) di dati tossicologici.

È chiara quindi la necessità di sviluppare metodi rapidi ed affidabili al fine di colmare il vuoto informativo. La tecnica regina dei metodi in silico è il (Q)SAR (Quantitative Structure-Activity Relationship) che, così come il Read-Across, è basato su un generale concetto chimico coniato da Carvin Hansch: “la struttura chimica di una molecola influenza le sue proprietà chimico-fisiche e la sua attività biologica e, di conseguenza, molecole simili hanno comportamento simile”.

Il (Q)SAR

Il (Q)SAR viene applicato attraverso l’utilizzo di particolari modelli matematici sviluppati a partire da un set di molecole con strutture chimiche e attività/tossicità/proprietà note. A partire da questi composti, utilizzando complessi algoritmi, ci si propone di individuare una funzione matematica che correla la struttura chimica all’attività/proprietà. È facile a questo punto intuire che la funzione identificata può essere utilizzata per la predizione di una determinata proprietà di molecole a struttura nota ma attività ignota.

Il (Q)SAR in ambito regolatorio

In ambito regolatorio i metodi (Q)SAR sono accettati, e spesso suggeriti, da diversi enti internazionali. In particolare nel 2006, la Commissione Europea ha emanato il regolamento REACH, in cui, al fine di minimizzare l’utilizzo di animali per i test di tossicità, viene suggerito l’utilizzo di metodi alternativi tra cui strumenti in silico come (Q)SAR e Read-Across.

Le applicazioni

Le applicazioni di tali metodi sono svariate; per comodità, le molecole su cui vengono solitamente applicati questi strumenti sono suddivisi in tre vaste categorie:

  1. Molecole che portano beneficio alla salute umana: sono inclusi tutti i tipi di farmaci e alcuni ingredienti alimentari. I modelli (Q)SAR sono spesso utilizzati per ottimizzare la potenza, la specificità per i recettori, il profilo farmacocinetico e ridurre la tossicità di tali molecole.
  2. Sostanze chimiche potenzialmente pericolose per l’ambiente: tutte le molecole che vengono in contatto con l’ambiente sono potenzialmente pericolose per l’ecosistema. Per questo motivo i metodi (Q)SAR trovano applicazione nell’individuazione di molecole pericolose associato per l’ambiente.
  3. Sostanze utilizzate nei processi chimici: in questo ambito il (Q)SAR è utilizzato per identificare determinate proprietà di molecole utilizzate in processi chimici-industriali al fine di massimizzare l’efficienza di un’operazione. Classici esempi sono la predizione di caratteristiche come la concentrazione micellare critica dei tensioattivi, dati di degradazione termica e dati sull’ossidazione del metallo da parte di sostanze chimiche.

Le criticità

Uno dei più grandi problemi legato al mondo (Q)SAR, e più in generale di tutte le tecniche in silico, è che si ottiene sempre un risultato, ma sta all’utilizzatore finale capire o meno se l’output ottenuto è affidabile o meno.

Innanzitutto, i modelli (Q)SAR utilizzati devono essere scientificamente validi, e per esserlo devono possedere delle precise peculiarità. Tali caratteristiche (5 in totale) sono state definite dalla comunità scientifica nei primi anni 2000 e pubblicate ufficialmente nel 2007 dall’Organizzazione per la Cooperazione e lo Sviluppo Economico (OECD).

L’utilizzatore deve poi approfondire il risultato ottenuto, tenendo sempre in considerazione i limiti di un approccio che è a tutti gli effetti di natura statistica.

Questi metodi non devono essere utilizzati come alternativa assoluta al dato sperimentale ma devono essere inseriti all’interno di un contesto di “peso dell’evidenza” al fine di supportare un processo di valutazione, per esempio, tossicologico.

È quindi importantissimo che queste analisi siano eseguite ed interpretate da professionisti esperti!