Una società affiliata alla Purdue sta sviluppando un modo per ridurre i costi di sviluppo dei farmaci modellando in modo più accurato ed efficiente molecole e reazioni chimiche in soluzioni liquide. Ciò consentirà ai chimici di comprendere meglio i dettagli del processo di sintesi delle molecole.

Quaglia Modeling LLC, acronimo di Quantum Applications in Liquids, è stato co-fondato da Tillmann Kubis, professore assistente di ricerca presso la Purdue's School of Electrical and Computer Engineering, Network for Computational Nanotechnology e Purdue Center for Predictive Materials and Devices, e Giacomo Carlo, un dottorato di ricerca studente della stessa facoltà.

Il software è stato sviluppato per capire meglio come reagiscono le molecole nei liquidi.

"Quando hai una molecola che dovrebbe comportarsi in un certo modo, i modelli attuali consentono di prevederne il comportamento nel vuoto solo dove la molecola è sostanzialmente isolata. Però, i farmaci dovrebbero interagire con un liquido circostante come il sangue. Finora, non c'è modo di prevedere in modo affidabile il comportamento molecolare nei liquidi, dove il farmaco avrà effettivamente effetto, " ha detto Kubis. "La prima domanda a cui risponderemo è come cambieranno queste molecole quando vengono messe in un liquido circostante come il flusso sanguigno di un paziente".

Kubis ha affermato che la modellazione dei liquidi è una sfida grande e ancora non completamente risolta nella chimica quantistica.

"Non si è ancora capito come modellare l'acqua e come modellare le molecole quando si dissolvono, " ha detto. "Le molecole in un ambiente acquatico affrontano troppe perturbazioni caotiche per i modelli quantistici all'avanguardia. Le tipiche descrizioni quantistiche non sono in grado di gestire in modo efficiente incertezze così intense".

QUAIL Modeling sta espandendo il metodo della funzione verde di non equilibrio (NEGF) al regno della chimica quantistica liquida. Questo metodo consentirà ai chimici di calcolare valori di aspettativa di non equilibrio dipendenti dal tempo come corrente e densità, scambio di energia e variazioni di entropia del sistema. Il metodo NEGF è già un metodo ampiamente accettato nel mondo dell'ingegneria elettrica e della fisica delle alte energie.

"Uno dei santi graal della chimica quantistica è la previsione dell'energia di solvatazione, cioè., l'energia cambia quando una molecola si dissolve in un liquido." Kubis ha detto. "QUAIL sta lavorando direttamente per risolvere questo problema. Nonostante la sua importanza, questo problema è stato finora irrisolvibile. Lo affrontiamo combinando gli effetti quantistici con le incertezze statistiche di un ambiente liquido. Possiamo farlo esplicitamente per qualsiasi tipo di molecola liquida e disciolta".

Kubis ha affermato che questo metodo ridurrà significativamente il costo dello sviluppo del farmaco.

"Il potenziale di questo è gigantesco. Ci sono solo circa 20 farmaci immessi sul mercato ogni anno e costa circa $ 5-12 miliardi per portare ciascuno di loro a quella fase, " ha detto. "Ridurre queste spese anche solo del 10 per cento può fare una differenza enorme".

Kubis ha affermato che è fondamentale per le aziende testare le molecole in perfetta purezza, senza sottoprodotti di sintesi o privi di chiralità molecolare indesiderata. Questo è essenziale per determinare eventuali effetti collaterali negativi della vera molecola del farmaco. Nessuna impurità prodotta durante la sintesi del farmaco può offuscare quell'informazione.

"Quando le grandi aziende hanno una molecola da sintetizzare, hanno i propri fornitori di servizi con database che in genere danno loro circa 15-20 diversi percorsi di reazione che potrebbero produrre un'alta concentrazione, o di elevata purezza, della molecola desiderata. I costi elevati derivano quindi dal testare accuratamente ogni percorso di reazione. La nostra tecnologia potrebbe restringere le 20 reazioni a molto meno, candidati più precisi, o anche identificare nuovi percorsi di reazione che non sono sul radar dei database incompleti, " ha detto. "Ciò ridurrà i costi di sviluppo dei farmaci e aumenterà l'affidabilità dei test antidroga".

La tecnologia utilizzata da QUAIL Modeling è concessa in licenza tramite l'Ufficio per la commercializzazione della tecnologia della Purdue Research Foundation. L'azienda è membro della Purdue Startup Class del 2017.

L'azienda sta lavorando su teorie accademiche con particolare attenzione alle applicazioni industriali.

"Il nostro primo obiettivo è prevedere correttamente l'energia di solvatazione, " Kubis ha detto. "La modellazione delle reazioni chimiche è il nostro obiettivo a lungo termine; abbiamo bisogno di molto sviluppo per completarlo".

Lo sviluppo di questa tecnologia è stato precedentemente sostenuto a livello accademico dal Centro di materiali e dispositivi predittivi di Purdue. Kubis ha affermato che QUAIL Modeling è attualmente alla ricerca di partnership e finanziamenti.

"Stiamo cercando partnership all'interno dell'industria, così come il finanziamento e l'orientamento in quelle che sono le questioni aperte più urgenti per l'industria farmaceutica e chimica, " ha detto. "Dobbiamo discutere le questioni aperte con gli specialisti del settore poiché non siamo chimici. Avere qualche guida ci aiuterà a rimanere sul bersaglio.