Freitag, März 29, 2024

Vorhersage von Kristallstrukturen in der Pharmaindustrie

Mit einer neuen Methode kann man berechnen und vorhersagen, wie sich Kristallstrukturen unter wechselnden energetischen Bedingungen anordnen.

Ein Team um Forscher der Universität Luxemburg gemeinsam mit der Princeton University, der Cornell University und der Avantgarde Materials Simulation GmbH hat eine neue Methode entwickelt, mit der sich Kristallstrukturen berechnen sowie vorhersagen lassen. Schließlich zeigt das, wie sich Wirkstoffmoleküle in Molekülkristallen unter wechselnden energetischen Bedingungen anordnen. Der Ansatz könnte der Pharmaindustrie helfen, um teure Entwicklungsfehlschläge, Produktionsfehler oder mögliche Klagen zu vermeiden.

Jedenfalls kommen Arzneimittel überwiegend in festem Zustand – beispielsweise als Tabletten – auf den Markt. Deswegen müssen Hersteller sicherstellen, dass ihre Medikamente ordnungsgemäß funktionieren und die pharmazeutischen Wirkstoffe in der erforderlichen Dosis freisetzen. „In der Vergangenheit gab es mehrere Skandale in der pharmazeutischen Industrie, bei denen Unternehmen ein funktionierendes Molekül identifiziert hatten, es vermarkteten und dann, manchmal Jahre später die Wirkstoffformulierung aufgrund geringfügiger Änderungen der Produktionsbedingungen plötzlich nicht mehr wirksam war“, erklärt Prof. Alexandre Tkatchenko von der Forschungsabteilung Physik und Materialwissenschaft der Universität Luxemburg, der Hauptautor des aus der Arbeit entstandenen Artikels, der in Science Advances veröffentlicht wurde. Infolgedessen formulierten Hersteller einige Arzneimittel um und nahmen sie über einen längeren Zeitraum hinweg vom Markt.

 

Im festen Zustand organisieren sich Moleküle in Kristallstrukturen

In den meisten Fällen liegt der Grund für diese veränderten Eigenschaften in den Wechselwirkungen zwischen den Molekülen. Schließlich organisieren diese sich in festen Zustand in kristallinen Strukturen. Verschiedene intermolekulare Wechselwirkungen stabilisieren diese Kristallstrukturen. Da Moleküle sehr flexibel sind, können sie viele verschiedene Anordnungen mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften bilden.

„Um diese finden zu können, sind Pharmaunternehmen in Kristallisationsexperimenten normalerweise auf „Trial and Error“ angewiesen. Realistisch gesehen können sie jedoch nicht alle möglichen Formen in Experimenten studieren, da man nie weiß, was sich an den experimentellen Rahmenbedingungen ändert. Die Möglichkeiten sind exponentiell“, erklärt Prof. Robert DiStasio, Mitautor der Studie von der Cornell University.

 

Kristallstrukturen organischer Festkörper simulieren

Um diese Experimente durch Berechnungen ersetzen und Veränderungen der Festkörpereigenschaften vorhersehen zu können, haben sich die Forscher mit der Firma Avant-garde Materials Simulation zusammengetan, die für Pharmaunternehmen Kristallstrukturen organischer Festkörper simuliert. Schließlich entwickelten sie gemeinsam eine Methode, mit der sie berechnen können, wie sich die Energie verschiedener Festkörper in Abhängigkeit von ihrer Struktur ändert.

„Der neue Ansatz verbessert die Genauigkeit der Energieklassifizierung bei akzeptablen Berechnungskosten. Dies wird die Art und Weise verändern, wie die Vorhersage von Kristallstrukturen in der gesamten Pharmaindustrie angewendet wird“, kommentiert Dr. Marcus Neumann, Gründer und CEO der Avantgarde Materials Simulation GmbH.

Schließlich planen die Autoren für die Zukunft, die Methode weiterzuentwickeln und mit „Machine Learning“ zu kombinieren, um die Recheneffizienz zu steigern.

Literatur:

Reliable and practical computational description of molecular crystal polymorphs. Johannes Hoja, Hsin-Yu Ko, Marcus A. Neumann, Roberto Car, Robert A. DiStasio Jr. and Alexandre Tkatchenko; Science Advances 11 Jan 2019: Vol. 5, no. 1, eaau3338. DOI: 10.1126/sciadv.aau3338

Related Articles

Aktuell

Steviosid: Eine revolutionäre Alternative zu Zucker

Mit seiner Süßkraft, die deutlich stärker ist als die von Zucker, hat Steviosid (ohne jegliche Kalorien) die Welt der Süßstoffe revolutioniert. Mit einer Süßkraft, die...
- Advertisement -

Latest Articles

Digital Detox: Der Weg zu einer besseren Männergesundheit

Die Entscheidung für einen Digital Detox ist ein Schritt hin zu bewussterem Leben und Arbeiten. In unserer heutigen, digital dominierten Welt ist es kaum noch...

Gartenmelde und seine Heilwirkung

Die Gartenmelde kommt in der Volksmedizin mit seiner diuretischen (harntreibenden) Heilwirkung als Brechmittel und als Abführmittel zum Einsatz. Gartenmelde ist ein vielseitiges Kraut in Küche...

Biosimilars in der Therapie der Psoriasis

Vergleich der Wirksamkeit und Sicherheit von Biosimilars mit Original-Biologika für die Behandlung von Psoriasis lässt Fragen offen. Bei der Behandlung von mittelschwerer bis schwerer Psoriasis...