Onderzoekers uit het VK en Denemarken hebben een nieuwe methode ontwikkeld om de fysieke stabiliteit van kandidaat-geneesmiddelen te voorspellen, die zouden kunnen helpen bij de ontwikkeling van nieuwe en effectievere geneesmiddelen voor patiënten. De technologie is in licentie gegeven aan Cambridge spin-out bedrijf TeraView, die het ontwikkelen voor gebruik in de farmaceutische industrie om medicijnen te maken die gemakkelijker in het lichaam vrijkomen.

De onderzoekers, van de universiteiten van Cambridge en Kopenhagen, hebben een nieuwe methode ontwikkeld om een ​​oud probleem op te lossen:hoe te voorspellen wanneer en hoe een vaste stof zal kristalliseren. Met behulp van optische en mechanische meettechnieken, ze ontdekten dat gelokaliseerde beweging van moleculen in een vaste stof uiteindelijk verantwoordelijk is voor kristallisatie.

Deze oplossing voor het probleem werd voor het eerst voorgesteld in 1969, maar het is nu pas mogelijk geworden om de hypothese te bewijzen. De resultaten worden gerapporteerd in twee artikelen in Physical Chemistry Chemical Physics en The Journal of Physical Chemistry B .

Vaste stoffen gedragen zich anders, afhankelijk van of hun moleculaire structuur geordend (kristal) of ongeordend (glas) is. chemisch, de kristal- en glasvormen van een vaste stof zijn precies hetzelfde, maar ze hebben verschillende eigenschappen.

Een van de gewenste eigenschappen van glazen is dat ze beter oplosbaar zijn in water, wat vooral handig is voor medische toepassingen. Effectief zijn, medicijnen moeten in water oplosbaar zijn, zodat ze in het lichaam kunnen worden opgelost en via de bloedbaan hun doel kunnen bereiken.

"De meeste medicijnen die tegenwoordig worden gebruikt, zijn in kristalvorm, wat betekent dat ze extra energie nodig hebben om in het lichaam op te lossen voordat ze in de bloedbaan terechtkomen, " zei co-auteur van de studie, professor Axel Zeitler van Cambridge's Department of Chemical Engineering &Biotechnology. "Moleculen in de vorm van glas worden gemakkelijker door het lichaam opgenomen omdat ze gemakkelijker kunnen oplossen, en er zijn de afgelopen 20 jaar veel brillen ontdekt die ziekten kunnen genezen, maar er worden geen medicijnen van gemaakt omdat ze niet stabiel genoeg zijn."

Na een bepaalde tijd, alle glazen zullen spontane kristallisatie ondergaan, op dat moment zullen de moleculen niet alleen hun ongeordende structuur verliezen, maar ze zullen ook de eigenschappen verliezen die ze in de eerste plaats effectief maakten. Een al lang bestaand probleem voor wetenschappers was hoe te voorspellen wanneer kristallisatie zal plaatsvinden, die, indien opgelost, zou de wijdverbreide praktische toepassing van brillen mogelijk maken.

"Dit is een heel oud probleem, " zei Zeitler. "En voor farmaceutische bedrijven, het is vaak een te groot risico. Als ze een medicijn ontwikkelen op basis van de glasvorm van een molecuul en het kristalliseert, ze zullen niet alleen een potentieel effectief medicijn hebben verloren, maar ze zouden een massale terugroepactie moeten doen."

Om te bepalen wanneer en hoe vaste stoffen zullen kristalliseren, de meeste onderzoekers hadden zich gericht op de glasovergangstemperatuur, dat is de temperatuur waarboven moleculen vrijer in de vaste stof kunnen bewegen en gemakkelijk kunnen worden gemeten. Met behulp van een techniek genaamd dynamische mechanische analyse en terahertz-spectroscopie, Zeitler en zijn collega's toonden aan dat in plaats van de glasovergangstemperatuur, de moleculaire bewegingen die plaatsvinden tot een lagere temperatuurdrempel, zijn verantwoordelijk voor kristallisatie.

Deze bewegingen worden beperkt door plaatselijke krachten in de moleculaire omgeving en, in tegenstelling tot de relatief grote bewegingen die plaatsvinden boven de glasovergangstemperatuur, de moleculaire bewegingen boven de lagere temperatuurdrempel zijn veel subtieler. Hoewel de gelokaliseerde beweging lastig te meten is, het is een belangrijk onderdeel van het kristallisatieproces.

Gezien de vooruitgang in meettechnieken die zijn ontwikkeld door de teams van Cambridge en Kopenhagen, geneesmiddelmoleculen die voorheen in het preklinische stadium werden weggegooid, kunnen nu worden getest om te bepalen of ze op de markt kunnen worden gebracht in een stabiele glasvorm die de oplosbaarheidsbeperkingen van de kristalvorm overwint.

"Als we onze techniek gebruiken om moleculen te screenen die eerder werden weggegooid, en we vinden dat de temperatuur geassocieerd met het begin van de gelokaliseerde beweging voldoende hoog is, we zouden er veel vertrouwen in hebben dat het materiaal na de fabricage niet zal kristalliseren, " zei Zeitler. "We kunnen de kalibratiecurve gebruiken die we in het tweede artikel beschrijven om te voorspellen hoe lang het duurt voordat het materiaal kristalliseert."