Ett Purdue-anslutet företag utvecklar ett sätt att minska läkemedelskostnaderna genom att mer exakt och effektivt modellera molekyler och kemiska reaktioner i flytande lösningar. Detta gör det möjligt för kemister att bättre förstå processdetaljer för molekylsyntes.

QUAIL Modelling LLC, en förkortning för Quantum Applications in Liquids, grundades av Tillmann Kubis, forskningsassistent professor vid Purdues School of Electrical and Computer Engineering, Network for Computational Nanotechnology and Purdue Center for Predictive Materials and Devices, och James Charles, en doktorsexamen student på samma institution.

Programvaran utvecklades av ett behov av att bättre förstå hur molekyler reagerar i vätskor.

"När du har en molekyl som förväntas bete sig på ett visst sätt, nuvarande modeller låter dig bara förutsäga dess beteende i vakuumet där molekylen i princip är isolerad. Dock, droger är tänkta att interagera med en vätska som omger sig som blod. Än så länge, det finns inget sätt att på ett tillförlitligt sätt förutsäga molekylärt beteende i vätskor, där läkemedlet faktiskt kommer att träda i kraft, "Kubis sa." Den första frågan vi kommer att svara på är hur kommer dessa molekyler att förändras när de förs in i en vätska som omger till exempel en patients blodomlopp. "

Kubis sa att modelleringsvätskor är en stor och fortfarande inte helt löst utmaning inom kvantkemi.

"Det är ännu inte förstått hur man modellerar vatten och hur man modellerar molekyler när de är upplösta, "sa han." Molekyler i en vattenlevande omgivning möter för många kaotiska störningar för de toppmoderna kvantmodellerna. Typiska kvantbeskrivningar kan inte effektivt hantera sådana intensiva osäkerheter. "

QUAIL Modeling utökar metoden Non-Equilibrium Green Function (NEGF) till flytande kvantkemi. Denna metod gör det möjligt för kemister att beräkna tidsberoende icke-jämviktsförväntningsvärden som ström och densiteter, energiutbyte och entropi förändringar av systemet. NEGF-metoden är redan en allmänt accepterad metod inom elektroteknik och högenergifysikvärlden.

"En av de heliga gralerna i kvantkemi är förutsägelsen av lösningsenergin, d.v.s. energiförändringen när en molekyl löses upp i en vätska. "Kubis sa." QUAIL arbetar direkt för att lösa detta problem. Trots dess betydelse, detta problem har varit olösligt hittills. Vi tar itu med det genom att kombinera kvanteffekterna med de statistiska osäkerheterna i en flytande miljö. Vi kan göra detta uttryckligen för alla typer av vätskor och upplösta molekyler. "

Kubis sa att denna metod kommer att avsevärt minska kostnaderna för läkemedelsutveckling.

"Potentialen med detta är gigantisk. Det finns bara cirka 20 läkemedel som släpps ut på marknaden varje år och det kostar ungefär 5-12 miljarder dollar att få var och en till det stadiet, "sa han." Att sänka dessa kostnader med bara 10 procent kan göra en enorm skillnad. "

Kubis sa att det är viktigt för företag att testa molekyler i perfekt renhet, utan någon syntesbiprodukt eller fri från oönskad molekylär kiralitet. Detta är viktigt för att fastställa eventuella negativa biverkningar av den faktiska läkemedelsmolekylen. Inga föroreningar som produceras under läkemedlets syntes får suddas ut av den informationen.

"När stora företag har en molekyl att syntetisera, de har sina egna tjänsteleverantörer med databaser som vanligtvis ger dem cirka 15-20 olika reaktionsvägar som kan ge en hög koncentration, eller hög renhet, av den önskade molekylen. De höga kostnaderna kommer då genom att noggrant testa varje reaktionsväg. Vår teknik kan begränsa de 20 reaktionerna till mycket färre, mer exakta kandidater, eller till och med identifiera nya reaktionsvägar som inte finns på radarn i de ofullständiga databaserna, "sa han." Detta kommer att minska läkemedelskostnaderna och öka tillförlitligheten för drogtester. "

Teknik som används av QUAIL Modeling är licensierad genom Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization. Företaget är medlem i Purdue Startup Class 2017.

Företaget arbetar med akademiska teorier med fokus på industriella tillämpningar.

"Vårt första mål är att korrekt förutse lösningsenergin, "Kubis sa." Att modellera kemiska reaktioner är vårt långsiktiga mål; vi behöver mycket utveckling för att slutföra det. "

Utvecklingen av denna teknik har tidigare stötts akademiskt av Center of Materials and Predictive Devices på Purdue. Kubis sa att QUAIL Modeling söker för närvarande partnerskap och finansiering.

"Vi söker partnerskap inom industrin, samt finansiering och vägledning i vad som är de mest brådskande öppna frågorna till läkemedels- och kemisk industri, "sa han." Vi måste diskutera de öppna frågorna med specialister på området eftersom vi inte är kemister. Att ha lite vägledning hjälper oss att hålla målet.