En viktig faktor som avgör ett läkemedels effektivitet är strukturen som dess molekyler bildar i fast tillstånd. Förändrade strukturer kan medföra att piller slutar fungera korrekt och därför görs oanvändbara.

Ett internationellt samarbete

Ett team ledd av forskare från universitetet i Luxemburg i samarbete med Princeton University, Cornell University, och Avantgarde Materials Simulation GmbH, har utvecklat en ny metod för att beräkna och förutsäga hur läkemedelsmolekyler i molekylära kristaller ordnar sig under föränderliga energiförhållanden. För läkemedelsföretag, detta tillvägagångssätt kan användas för att undvika dyra utvecklingsfel, produktionsfel, och potentiella rättstvister.

Mindre förändringar i produktionsförhållandena kan påverka läkemedlets effektivitet

Eftersom majoriteten av läkemedel marknadsförs i fast tillstånd, till exempel som piller, Tillverkarna måste se till att de fungerar korrekt och släpper ut de farmaceutiska medlen i den dos som krävs. "Förr, det har varit flera skandaler inom läkemedelsindustrin, när företag hade identifierat en molekyl som fungerar, marknadsförde det, och då, ibland år senare, på grund av mindre förändringar i produktionsförhållandena, läkemedelsformuleringen slutade vara effektiv, " förklarar prof. Alexandre Tkatchenko från forskningsenheten för fysik och materialvetenskap vid universitetet i Luxemburg, den ledande författaren till den resulterande artikeln som publicerades i Vetenskapens framsteg . Följaktligen, vissa läkemedel behövde omformuleras och tas bort från marknaden under en lång tid.

I de flesta fallen, orsaken till dessa förändrade egenskaper ligger i interaktionerna mellan molekylerna. I fast tillstånd, molekyler organiserar sig i kristallina strukturer stabiliserade av en mängd olika intermolekylära interaktioner. Eftersom molekyler är mycket flexibla, de kan bilda många olika arrangemang med olika fysikaliska och kemiska egenskaper. "För att förutsäga detta, läkemedelsföretag förlitar sig vanligtvis på "trial and error" i kristallisationsexperiment. Dock, realistiskt sett kan du inte studera alla möjliga former experimentellt, eftersom du aldrig vet vad som kommer att förändras under experimentella förhållanden. Möjligheterna är exponentiella, " förklarar prof. Robert DiStasio, en medförfattare till studien från Cornell University.

Prediktiva beräkningar för att ersätta empiriska studier

För att kunna ersätta dessa experiment med prediktiva beräkningar, forskarna slog sig ihop med företaget Avantgarde Materials Simulation som tillhandahåller tjänster för läkemedelsföretag för att förutsäga kristallstrukturer av organiska fasta ämnen. Tillsammans, de utvecklade en metod som gör att de kan beräkna hur energin hos olika fasta ämnen förändras beroende på deras struktur. "Det nya tillvägagångssättet förbättrar energirankningsnoggrannheten till acceptabel beräkningskostnad. Det kommer att förändra hur förutsägelse av kristallstruktur används i hela läkemedelsindustrin, " kommenterar Dr Marcus Neumann, grundare och VD för Avantgarde Materials Simulation GmbH.

För framtiden, författarna planerar att vidareutveckla metoden och kombinera den med maskininlärning för att öka beräkningseffektiviteten.