En pålidelig eksperimentel benchmark i krystalstruktur forudsigelse af farmaceutiske lægemidler

Fysiske egenskaber (stabilitet, opløselighed osv.), der er kritiske for ydeevnen af ​​farmaceutiske og funktionelle materialer, er kendt for at afhænge stærkt af faststofformen og miljøfaktorer, såsom temperatur og relativ fugtighed. I erkendelse af, at sene, mere stabile former kan føre til forsvindende polymorfer og potentielt markedstilbagetrækning af en livreddende medicin, har den farmaceutiske industri investeret kraftigt i screeningsplatforme i fast form.

Kvantitativ måling af de frie energiforskelle mellem krystallinske former er ingen lille udfordring. Metastabile krystalformer kan være vanskelige at fremstille i ren form, og de er ofte modtagelige for at omdannes til mere stabile former. At have evnen til beregningsmæssigt at modellere frie energier betyder således, at de risici, som fysisk ustabilitet udgør, kan forstås og afbødes for alle systemer, inklusive dem, der er eksperimentelt vanskelige at behandle.

Manglen på pålidelige eksperimentelle benchmarkdata har været en stor flaskehals i udviklingen af ​​beregningsmetoder til nøjagtigt at forudsige fri energiforskelle i fast-faststof. Rapporter i litteraturen er sparsomme, og meget af de eksperimentelle data om fri energibestemmelser for molekyler af farmaceutisk interesse er simpelthen ikke i det offentlige domæne.

For at overvinde denne udfordring har eksperter i den akademiske verden og industrien udarbejdet det første pålidelige eksperimentelle benchmark af fast-fast fri energiforskelle til kemisk forskellige, industrielt relevante systemer. Værket er publiceret i tidsskriftet Nature .

De forudsagde derefter disse frie energiforskelle ved hjælp af adskillige metoder udviklet af gruppen af ​​prof. Alexandre Tkatchenko inden for Institut for Fysik og Materialevidenskab ved University of Luxembourg, og yderligere forbedret af Dr. Marcus Neumann og hans team af forskere ved Avantgarde Materialesimulering.

Uden at bruge noget empirisk input var disse beregninger, der udnyttede high performance computing (HPC) i stand til at forudsige og forklare data fra syv medicinalvirksomheder med overraskende nøjagtighed. De potentielle fremtidige implikationer af dette arbejde er mangfoldige, og denne seneste udvikling er blot en af ​​mange potentielle anvendelser af kvantemekaniske beregninger i den farmaceutiske industri.

"Jeg er begejstret for at se, hvordan beregningsmetoder, der er udviklet i min akademiske gruppe, hurtigt er blevet vedtaget for pålideligt at forudsige energien af ​​lægemiddelkrystalformer i den farmaceutiske industri i løbet af få år, og bryder den traditionelle barriere mellem forskning og industriel innovation," sagde prof. Tkatchenko.

"Vi skylder en rimelig del af vores succes til de visionære blandt vores kunder, som har gjort os i stand til at skabe et industrielt arbejdsmiljø med et akademisk præg, der fremmer kreativitet baseret på kerneværdier som ærlighed, integritet, vedholdenhed, team-ånd og ægte omsorg. for mennesker og miljø," sagde Dr. Marcus Neuman, grundlægger og administrerende direktør for AMS.

"At bygge forbindelser mellem grundlæggende videnskab, højtydende databehandling og store industriaktører for at få en varig indvirkning på fremtidens sundhed er ikke en lille bedrift," sagde prof. Jens Kreisel, rektor ved University of Luxembourg. "Vi tager meget alvorligt vores mission om at pleje et økosystem, hvor forskere kan drive samfundsændringer til gode."

Flere oplysninger: Dzmitry Firaha et al., Forudsigelse af krystalformstabilitet under virkelige forhold, Nature (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06587-3

Journaloplysninger: Natur

Leveret af University of Luxembourg