Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Diseño y desarrollo de fármacos


El diseño y desarrollo de fármacos es un campo fascinante y complejo dentro de la química medicinal, una subdisciplina de la química orgánica. Implica la creación de nuevos medicamentos para tratar diversas enfermedades y condiciones médicas. El proceso requiere un enfoque interdisciplinario, que involucra química, biología y farmacología, entre otros campos. Este detallado ensayo discutirá en profundidad los aspectos clave del diseño y desarrollo de fármacos, proporcionando una visión de los procesos, desafíos y principios científicos que subyacen a este campo.

Entendiendo el diseño de fármacos

El diseño de fármacos se refiere al proceso inventivo de encontrar nuevos medicamentos basados en el conocimiento de un objetivo biológico. El objetivo biológico suele ser una proteína, enzima o receptor que juega un papel crítico en una enfermedad. El diseño de fármacos es una tarea desafiante que se puede dividir en dos enfoques principales: el diseño de fármacos basado en estructuras (SBDD, por sus siglas en inglés) y el diseño de fármacos basado en ligandos (LBDD, por sus siglas en inglés).

Diseño de fármacos basado en estructuras (SBDD)

El diseño de fármacos basado en estructuras implica entender la estructura 3D de una molécula objetivo biológica. Esta información a menudo puede provenir de técnicas como la cristalografía de rayos X o la resonancia magnética nuclear (NMR), que ayudan a ver la molécula a nivel atómico. Al conocer la estructura, los químicos medicinales pueden diseñar un fármaco que encaje en el sitio activo del objetivo como una llave en una cerradura. Este método permite el diseño racional de inhibidores o moduladores potentes.

Moléculas objetivo Sitio activo

Diseño de fármacos basado en ligandos (LBDD)

En casos donde se desconoce la estructura 3D del objetivo, se utiliza el diseño de fármacos basado en ligandos. Este enfoque implica estudiar moléculas que se sabe que se unen al objetivo. Al entender las propiedades de estos ligandos, los investigadores pueden predecir nuevos fármacos potenciales. Esto puede implicar analizar formas moleculares, farmacóforos, y usar modelos computacionales para diseñar análogos que se unan igual o mejor que los fármacos conocidos.

Etapas del desarrollo de fármacos

El desarrollo de fármacos es un proceso extenso que implica varias etapas, desde el descubrimiento inicial hasta los ensayos clínicos y finalmente la aprobación de mercado. Estas etapas aseguran que cualquier nuevo fármaco sea seguro, eficaz y de alta calidad para el uso del paciente.

Fase de búsqueda

La fase de descubrimiento es el comienzo del desarrollo de fármacos. Implica identificar objetivos de fármacos viables y candidatos potenciales. Esta fase generalmente involucra la evaluación de miles de compuestos para encontrar aquellos que muestren actividad biológica prometedora. El cribado de alto rendimiento (HTS) a menudo se utiliza para probar grandes bibliotecas químicas contra objetivos biológicos para identificar rápidamente compuestos efectivos.

Fase preclínica

Una vez identificados los posibles candidatos a fármacos, comienza la prueba preclínica. Esta fase implica pruebas rigurosas in vitro (en tubo de ensayo) e in vivo (estudios en animales) para evaluar la seguridad, eficacia y farmacocinética del fármaco. Las pruebas preclínicas proporcionan datos cruciales pero aún no implican a ningún participante humano.

Ensayos clínicos

Paso 1

La primera etapa de las pruebas en humanos son los ensayos de Fase I. Estos ensayos se realizan en un pequeño grupo de voluntarios sanos para evaluar la seguridad del fármaco, el rango de dosis tolerables y la farmacocinética.

Fase II

Si la Fase I tiene éxito, el fármaco pasa a la Fase II, donde se prueba en un grupo más grande que incluye pacientes con la enfermedad objetivo. El propósito de esta fase es evaluar la eficacia del fármaco, monitorear los efectos secundarios y evaluar más a fondo la seguridad.

Fase III

Los ensayos de Fase III involucran grupos de pacientes aún más grandes y comparan el nuevo fármaco con los tratamientos estándar. Estos ensayos recopilan datos más extensos sobre la efectividad y monitorean las reacciones adversas. Si tiene éxito, el fabricante del fármaco solicitará la aprobación regulatoria.

Paso 1 Fase II Fase III

Aprobación regulatoria y Fase IV

Después de los exitosos ensayos de Fase III, el fabricante del fármaco solicita la aprobación regulatoria con agencias como la FDA (EE.UU.) o EMA (Europa). Esta aprobación permite que el fármaco sea comercializado y vendido. Los estudios poscomercialización, conocidos como Fase IV, continúan monitoreando la seguridad y efectividad a largo plazo del fármaco en la población general.

Desafíos en el desarrollo de fármacos

El desarrollo de fármacos a menudo está plagado de desafíos. Un problema principal es el alto costo y tiempo requerido, que a menudo asciende a miles de millones de dólares y toma más de una década. Otro desafío significativo es la alta tasa de desistimiento, donde muchos compuestos prometedores fallan durante las fases de prueba. Lograr el equilibrio óptimo de eficacia, seguridad y cumplimiento del paciente es otra tarea compleja, que requiere ajustes en la formulación y dosificación.

Papel de la química computacional

La química computacional juega un papel vital en el diseño moderno de fármacos. Usando simulaciones y modelos de computadora, los investigadores pueden predecir cómo se comportarán los fármacos en el cuerpo, cómo interactuarán con sus moléculas objetivo y cuáles podrían ser sus efectos secundarios potenciales. Este método ayuda a reducir significativamente el costo y tiempo del desarrollo de fármacos al permitir el cribado virtual de compuestos.

Ejemplo: Usar simulaciones de acoplamiento para predecir afinidades de unión de candidatos a fármacos con la proteína objetivo.

Estudio de caso: Descubrimiento de un nuevo fármaco antiviral

Imagina un escenario donde los investigadores buscan encontrar un fármaco para combatir una nueva infección viral. Comienzan con una estructura de enzima viral conocida utilizando SBDD. Se crean modelos computacionales para investigar posibles inhibidores, lo que lleva a la síntesis de varios compuestos potenciales. Los ensayos preclínicos en estos candidatos revelan uno con alta eficacia y seguridad. Tras superar con éxito los ensayos clínicos, el fármaco recibe aprobación y se introduce en el mercado, gestionando efectivamente el brote viral.

En este caso, los diseñadores de fármacos lograron su objetivo al integrar la comprensión de estructuras, la química computacional, las fases de prueba rigurosas y la navegación regulatoria.

Conclusión

El diseño y desarrollo de fármacos es un proceso esencial y multifacético en la química medicinal. Comprender los objetivos biológicos, adoptar diversas estrategias de diseño y navegar por etapas de desarrollo complejas son cruciales para llevar nuevas terapias al mercado. A pesar de los desafíos y la necesidad de una inversión sustancial, los avances en tecnología, particularmente en química computacional, continúan abriendo nuevas posibilidades en el desarrollo de fármacos efectivos, seguros y que salvan vidas.


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