În cea mai mare parte a istoriei științei medicale, noi medicamente au fost descoperite printr-un proces de încercare și eroare sau pur și simplu prin pur și simplu noroc. Pe măsură ce cererea pentru medicamente noi și mai eficiente a crescut, o nouă metodă de dezvoltare a medicamentelor numită proiectarea rațională a medicamentelor a început să înlocuiască vechile metode. În proiectarea rațională a medicamentelor, compușii activi biologic sunt special proiectați sau aleși pentru a lucra cu o anumită țintă de medicament. Această metodă implică adesea utilizarea unui software de proiectare moleculară, pe care cercetătorii îl folosesc pentru a crea modele tridimensionale ale medicamentelor și țintelor lor biologice. Din acest motiv, procesul este cunoscut și sub numele de proiectare de medicamente asistată de computer.
O țintă de medicament, sau țintă biologică, este de obicei unul dintre cele două tipuri. Primul tip este o moleculă din corpul uman care provoacă boli atunci când este defectă într-un fel. Al doilea este o moleculă dintr-un microorganism care provoacă boli. Dezvoltarea medicamentelor presupune descoperirea sau proiectarea de noi compuși chimici care interacționează cu aceste ținte într-un mod benefic, cum ar fi interacțiunea cu colesterolul pentru a-l elimina din organism sau prin interacțiunea cu un virus pentru a-i provoca moartea.
Metodele mai vechi de a dezvolta noi medicamente au mai multe defecte care fac din descoperirea medicamentelor o afacere costisitoare. Cea mai ușoară și rapidă metodă de dezvoltare a unui nou medicament este pur și simplu de a descoperi, prin pură noroc, că un anumit compus este activ biologic împotriva unui medicament țintă de interes. Poate cel mai faimos astfel de incident a fost descoperirea penicilinei de către Alexander Fleming în 1928. Microbiologul a descoperit primul antibiotic când unele culturi bacteriene cu care lucra s-au contaminat cu o ciupercă bactericidă. Desigur, acest tip de descoperire întâmplătoare nu se întâmplă foarte des, iar norocul nu este ceva pe care companiile de medicamente se bazează pentru dezvoltarea de noi medicamente.
Cea mai comună metodă folosită pentru a dezvolta noi medicamente este un proces îndelungat, la scară largă, numit screening combinatoriu de biblioteci. În acest proces, un număr mare de compuși chimici sunt create și apoi verificați pentru activitatea biologică. Dacă un anumit compus prezintă semne de interacțiune cu o țintă biologică, acesta primește o atenție suplimentară și ar putea fi dezvoltat într-un nou medicament. Acest proces poate dura mulți ani și sume enorme de bani, totuși și chiar și la sfârșitul perioadei de dezvoltare, medicamentul ar putea să nu fie suficient de eficient sau suficient de sigur pentru uz uman.
Proiectarea rațională a medicamentului este un proces mai raționalizat care necesită o analiză atentă a țintei medicamentului, precum și a medicamentului în sine. Această metodă de proiectare a medicamentelor utilizează echipamente speciale pentru a examina structura tridimensională a țintei unui medicament și apoi a găsi un compus care poate interacționa cu ținta. Prin urmare, acest proces necesită cunoștințe semnificative de chimie, precum și de biologie, deoarece interacțiunile chimice dintre medicamente și țintele lor sunt cele care determină dacă un medicament este activ din punct de vedere biologic.
Compușii pot fi localizați pentru testare în două moduri. Primul implică utilizarea screening-ului bibliotecii combinatorii. În acest caz, totuși, procesul este simplificat, deoarece cercetătorii care folosesc metode raționale de proiectare a medicamentelor vor analiza biblioteca pentru compuși cu o formă suficient de specifică pentru a interacționa cu ținta medicamentului de interes. A doua metodă implică proiectarea propriu-zisă a unui compus care poate interacționa cu ținta. Acest lucru necesită luarea în considerare a compoziției chimice a compusului și cunoașterea grupurilor chimice pe care le-ar putea avea compusul pentru a fi capabil să interacționeze cu ținta medicamentului.
Primul medicament dezvoltat folosind un proces de proiectare rațională a medicamentelor a fost un medicament antiviral numit Relenza®. Acest medicament a fost conceput pentru a interacționa cu o proteină gripală numită neuraminidază. Fără această proteină, virusul gripal nu poate infecta celule noi; prin urmare, tratamentul cu medicamentul poate scurta durata bolii. Alte medicamente concepute rațional includ medicamente pentru HIV, cum ar fi ritonavir și indinavir, ambele interacționând cu proteine virale numite proteaze.