Het is bekend dat fysische eigenschappen (stabiliteit, oplosbaarheid, enz.), die cruciaal zijn voor de prestaties van farmaceutische en functionele materialen, sterk afhankelijk zijn van de vaste vorm en omgevingsfactoren, zoals temperatuur en relatieve vochtigheid. De farmaceutische industrie erkent dat laat verschijnende, stabielere vormen kunnen leiden tot verdwijnende polymorfen en mogelijk tot het terugtrekken van een levensreddend geneesmiddel uit de markt.

Het kwantitatief meten van de vrije energieverschillen tussen kristallijne vormen is geen kleine uitdaging. Metastabiele kristalvormen kunnen in zuivere vorm moeilijk te bereiden zijn en zijn vaak vatbaar voor omzetting in stabielere vormen. Het vermogen om vrije energieën computationeel te modelleren betekent dus dat de risico's van fysieke instabiliteit kunnen worden begrepen en beperkt voor alle systemen, inclusief systemen die experimenteel hardnekkig zijn.

Het gebrek aan betrouwbare experimentele benchmarkgegevens is een groot knelpunt geweest bij de ontwikkeling van computationele methoden voor het nauwkeurig voorspellen van vaste-vaste vrije energieverschillen. Rapporten in de literatuur zijn schaars en veel van de experimentele gegevens over vrije-energiebepalingen voor moleculen van farmaceutisch belang bevinden zich eenvoudigweg niet in het publieke domein.

Om deze uitdaging het hoofd te bieden, hebben experts uit de academische wereld en de industrie de allereerste betrouwbare experimentele benchmark samengesteld van vaste-vaste-vrije energieverschillen voor chemisch diverse, industrieel relevante systemen. Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Nature .

Vervolgens voorspelden ze deze verschillen in vrije energie met behulp van verschillende methoden die zijn ontwikkeld door de groep van prof. Alexandre Tkatchenko binnen de afdeling natuurkunde en materiaalwetenschappen van de Universiteit van Luxemburg, en verder verbeterd door dr. Marcus Neumann en zijn team van onderzoekers bij Avant-garde. Materiaalsimulatie.

Zonder enige empirische input te gebruiken, konden deze berekeningen, waarbij gebruik werd gemaakt van high performance computing (HPC), de gegevens van zeven farmaceutische bedrijven met verrassende nauwkeurigheid voorspellen en verklaren. De potentiële toekomstige implicaties van dit werk zijn talrijk, en deze nieuwste ontwikkeling is slechts een van de vele mogelijke toepassingen van kwantummechanische berekeningen in de farmaceutische industrie.

"Ik ben heel blij om te zien hoe computationele methoden die in mijn academische groep zijn ontwikkeld, snel zijn toegepast om op betrouwbare wijze de energie van medicijnkristalvormen in de farmaceutische industrie in een kwestie van jaren te voorspellen, waardoor de traditionele barrière tussen onderzoek en industriële innovatie wordt doorbroken", aldus prof. . Tkatchenko.

"We hebben een behoorlijk deel van ons succes te danken aan de visionairen onder onze klanten die ons in staat hebben gesteld een industriële werkomgeving te creëren met een academisch tintje die creativiteit bevordert op basis van kernwaarden als eerlijkheid, integriteit, doorzettingsvermogen, teamgeest en oprechte zorg voor mens en milieu”, aldus Dr. Marcus Neuman, oprichter en CEO van AMS.

"Het opbouwen van verbindingen tussen fundamentele wetenschap, high-performance computing en grote spelers uit de industrie om een ​​blijvende impact te hebben op de toekomst van de gezondheidszorg is geen sinecure", zegt prof. Jens Kreisel, rector van de Universiteit van Luxemburg. "We nemen onze missie om een ​​ecosysteem te koesteren waarin onderzoekers voorgoed maatschappelijke veranderingen kunnen bewerkstelligen zeer serieus."

Meer informatie: Dzmitry Firaha et al, Voorspellen van de stabiliteit van kristalvormen onder reële omstandigheden, Natuur (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06587-3

Journaalinformatie: Natuur

Aangeboden door Universiteit van Luxemburg