È noto che le proprietà fisiche (stabilità, solubilità, ecc.), fondamentali per le prestazioni dei materiali farmaceutici e funzionali, dipendono fortemente dalla forma allo stato solido e da fattori ambientali, come la temperatura e l'umidità relativa. Riconoscendo che forme più stabili che compaiono tardivamente possono portare alla scomparsa dei polimorfi e al potenziale ritiro dal mercato di un medicinale salvavita, l'industria farmaceutica ha investito massicciamente in piattaforme di screening delle forme solide.
Misurare quantitativamente le differenze di energia libera tra le forme cristalline non è una sfida da poco. Le forme cristalline metastabili possono essere difficili da preparare in forma pura e sono spesso suscettibili alla conversione in forme più stabili. Pertanto, avere la capacità di modellare computazionalmente le energie libere significa che i rischi posti dall'instabilità fisica possono essere compresi e mitigati per tutti i sistemi, compresi quelli che sono sperimentalmente intrattabili.
La mancanza di dati di riferimento sperimentali affidabili ha rappresentato un grave ostacolo nello sviluppo di metodi computazionali per prevedere con precisione le differenze di energia libera solido-solido. I rapporti in letteratura sono scarsi e gran parte dei dati sperimentali sulle determinazioni dell'energia libera per molecole di interesse farmaceutico semplicemente non sono di dominio pubblico.
Per superare questa sfida, esperti del mondo accademico e industriale hanno compilato il primo benchmark sperimentale affidabile delle differenze di energia libera solido-solido per sistemi chimicamente diversi e rilevanti a livello industriale. Il lavoro è pubblicato sulla rivista Nature .
Hanno poi previsto queste differenze di energia libera utilizzando diversi metodi sperimentati dal gruppo del Prof. Alexandre Tkatchenko presso il Dipartimento di Fisica e Scienza dei Materiali dell’Università del Lussemburgo, e ulteriormente migliorati dal Dr. Marcus Neumann e dal suo team di ricercatori presso Avant-garde Simulazione dei materiali.
Senza utilizzare alcun input empirico, questi calcoli che sfruttano l’High Performance Computing (HPC) sono stati in grado di prevedere e spiegare i dati di sette aziende farmaceutiche con sorprendente precisione. Le potenziali implicazioni future di questo lavoro sono molteplici e questo ultimo sviluppo è solo una delle tante potenziali applicazioni dei calcoli quantomeccanici nell'industria farmaceutica.
"Sono entusiasta di vedere come i metodi computazionali sviluppati nel mio gruppo accademico siano stati rapidamente adottati per prevedere in modo affidabile l'energetica delle forme cristalline dei farmaci nell'industria farmaceutica nel giro di pochi anni, rompendo la tradizionale barriera tra ricerca e innovazione industriale", ha affermato il Prof. .Tkatchenko.
"Dobbiamo buona parte del nostro successo ai visionari tra i nostri clienti che ci hanno permesso di creare un ambiente di lavoro industriale con un tocco accademico che promuove la creatività basata su valori fondamentali come onestà, integrità, perseveranza, spirito di squadra e cura genuina per le persone e l'ambiente", ha affermato il Dott. Marcus Neuman, fondatore e CEO di AMS.
"Costruire collegamenti tra la scienza fondamentale, il calcolo ad alte prestazioni e i principali attori del settore al fine di avere un impatto duraturo sul futuro della salute non è un'impresa da poco", ha affermato il Prof. Jens Kreisel, Rettore dell'Università del Lussemburgo. "Prendiamo molto sul serio la nostra missione di coltivare un ecosistema in cui i ricercatori possano guidare il cambiamento sociale in modo positivo."
Ulteriori informazioni: Dzmitry Firaha et al, Previsione della stabilità della forma cristallina in condizioni reali, Natura (2023). DOI:10.1038/s41586-023-06587-3
Informazioni sul giornale: Natura
Fornito dall'Università del Lussemburgo
