Simulación de propiedades de moléculas orgánicas mediante la Teoría del Funcional de la Densidad

En los últimos años, los nanomateriales han atraído la atención de diversas comunidades científicas al proporcionar nuevas soluciones para la administración y liberación de fármacos. Estas aplicaciones nanotecnológicas han permitido desarrollar tratamientos que liberan sustancias en sitios específicos de interés, reduciendo la cantidad a suministrar y, en consecuencia, sus efectos secundarios.

Si bien los estudios sobre transportadores de fármacos se realizan comúnmente in vivo o in vitro, las soluciones computacionales permiten llevar a cabo numerosos experimentos en una fracción del tiempo y a un costo reducido. Sin embargo, el alto número de cálculos computacionales requeridos para un estudio in silico impone limitaciones que exigen aproximaciones más inteligentes. Los estudios de relación cuantitativa estructura-propiedad (QSPR, por sus siglas en inglés) proponen la creación de modelos matemáticos que relacionen propiedades básicas de los fármacos con alguna propiedad objetivo que se desea predecir.

La realización de estos modelos QSPR requiere la creación de bases de datos con información sobre los fármacos, como mediciones experimentales o cálculos de química cuántica, en conjunto con la propiedad objetivo. Estos datos se utilizan para el modelado matemático mediante herramientas de ciencia de datos, tales como regresión lineal múltiple, redes neuronales, soluciones de inteligencia artificial, entre otras.

Así, los enfoques teóricos son efectivos para describir el entorno químico y las interacciones de los ligandos a escala atómica, las cuales suelen ser inaccesibles mediante técnicas experimentales. Estas descripciones se basan principalmente en el marco teórico de la química cuántica. Aunque la metodología más utilizada es la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT, por sus siglas en inglés), debido a la precisión de sus resultados y su conveniente relación costo-beneficio, el gran número de fármacos candidatos, residuos y sitios activos dificulta su aplicación.

El proyecto propone el estudio de un conjunto de docenas de moléculas orgánicas de interés, principalmente fármacos empleados en quimioterápia, para su estudio mediante DFT. Además, al analizar las moléculas aisladas se propondrán modelos matemáticos para predecir las propiedades de otros fármacos mediante el paradigma QSPR. En particular, se pretende modelar los fármacos interactuando con otras moléculas orgánicas de interés químico y biológico.

Las actividades que realizará el estudiante en el periodo son:

1-Optimización estructural de las moléculas orgánicas.

2-Obtención de los datos a apartir de los cálculos

3-Visualización de la información

4-Elección de los descriptores para la caracterización de las moléculas

5-Análisis de los datos de las moléculas bajo estudio

6-Empleo de las herramientas para el modelado de las propiedades moleculares

7-Reporte de los resultados en formato de poster científico