Fysikaliska egenskaper (stabilitet, löslighet, etc.), kritiska för prestandan hos farmaceutiska och funktionella material, är kända för att starkt bero på formen i fast tillstånd och miljöfaktorer, såsom temperatur och relativ fuktighet. Läkemedelsindustrin har insett att mer stabila former som uppträder sent, kan leda till att polymorfer försvinner och potentiellt dra tillbaka ett livräddande läkemedel på marknaden.
Att kvantitativt mäta skillnaderna i fri energi mellan kristallina former är ingen liten utmaning. Metastabila kristallformer kan vara svåra att framställa i ren form och de är ofta känsliga för omvandling till mer stabila former. Att ha förmågan att beräkningsmodellera fria energier innebär alltså att riskerna med fysisk instabilitet kan förstås och mildras för alla system, inklusive de som är experimentellt svårhanterliga.
Bristen på tillförlitliga experimentella referensdata har varit en stor flaskhals i utvecklingen av beräkningsmetoder för att noggrant förutsäga skillnader i fri energi mellan fasta och fasta ämnen. Rapporter i litteraturen är sparsamma och mycket av experimentella data om bestämningar av fri energi för molekyler av farmaceutiskt intresse är helt enkelt inte allmän egendom.
För att övervinna denna utmaning har experter inom den akademiska världen och industrin sammanställt det första pålitliga experimentella riktmärket för fri energiskillnader mellan fasta och fasta ämnen för kemiskt olika, industriellt relevanta system. Verket publiceras i tidskriften Nature .
De förutspådde sedan dessa fri energiskillnader med hjälp av flera metoder som banat väg för Prof. Alexandre Tkatchenkos grupp inom Institutionen för fysik och materialvetenskap vid universitetet i Luxemburg, och ytterligare förbättrade av Dr. Marcus Neumann och hans team av forskare vid Avantgarde Materialsimulering.
Utan att använda någon empirisk indata kunde dessa beräkningar med hjälp av högpresterande beräkningar (HPC) förutsäga och förklara data från sju läkemedelsföretag med överraskande noggrannhet. De potentiella framtida implikationerna av detta arbete är många, och denna senaste utveckling är bara en av många potentiella tillämpningar av kvantmekaniska beräkningar inom läkemedelsindustrin.
"Jag är förtjust över att se hur beräkningsmetoder som utvecklats i min akademiska grupp snabbt har antagits för att på ett tillförlitligt sätt förutsäga energin hos läkemedelskristallformer inom läkemedelsindustrin inom några år, vilket bryter den traditionella barriären mellan forskning och industriell innovation", säger prof. Tkatchenko.
"Vi har en stor del av vår framgång att tacka visionärerna bland våra kunder som har gjort det möjligt för oss att skapa en industriell arbetsmiljö med en akademisk touch som främjar kreativitet baserad på kärnvärden som ärlighet, integritet, uthållighet, laganda och genuin omsorg. för människor och miljö", säger Dr. Marcus Neuman, grundare och VD för AMS.
"Att bygga kopplingar mellan grundläggande vetenskap, högpresterande datoranvändning och stora industriaktörer för att få en varaktig inverkan på framtidens hälsa är ingen liten bedrift", säger prof. Jens Kreisel, rektor vid universitetet i Luxemburg. "Vi tar på största allvar vårt uppdrag att vårda ett ekosystem där forskare kan driva samhällsförändringar för gott."
Mer information: Dzmitry Firaha et al, Predicting crystal form stabilitet under verkliga förhållanden, Nature (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06587-3
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av University of Luxembourg
