Investigadores de la Universidad de Bradford han unido fuerzas con la compañía alemana de alta tecnología, Avant-garde Materials Simulation, para predecir con éxito las estructuras cristalinas de pequeñas moléculas orgánicas mediante métodos computacionales sin aporte experimental.
Estos hallazgos se revelaron en la sexta prueba a ciegas de la predicción de la estructura cristalina, un ejercicio realizado por veinticinco grupos de investigación internacionales que fue organizado por el Cambridge Crystallographic Data Center CCDC.
Las estructuras cristalinas describen la disposición periódica de las moléculas en un material y determinan muchas de las propiedades de un material, como la solubilidad, la velocidad de disolución, la dureza, el color y la forma externa. La capacidad de predecir las estructuras cristalinas podría permitir el diseño de materiales conpropiedades superiores, por ejemplo, la creación de pigmentos más brillantes, productos farmacéuticos más efectivos o incluso alimentos con menos calorías.
En particular, la industria farmacéutica obtendría un gran beneficio al poder predecir de manera confiable la estructura cristalina porque las moléculas farmacéuticas son propensas a cristalizar en más de una estructura cristalina o polimorfo, dependiendo de las condiciones bajo las cuales se cristaliza la molécula.El polimorfo específico que entra en una formulación debe controlarse estrictamente para asegurar la consistencia del suministro al paciente. La capacidad de predecir las estructuras cristalinas podría ahorrarles a las compañías farmacéuticas tiempo y dinero al poder identificar y desarrollar rápidamente polimorfos con propiedades superiores. También ayudaríacompañías farmacéuticas con protección de patentes y gestión del ciclo de vida del producto.
Se han desarrollado diferentes enfoques del problema y se han evaluado a lo largo de los años en ejercicios internacionales, conocidos como las pruebas ciegas de predicción de la estructura cristalina. Participaron veinticinco grupos de investigación que han estado desarrollando métodos para predecir estructuras cristalinas de moléculas orgánicasen la última prueba. En esta prueba, los participantes tuvieron el desafío de predecir nueve estructuras cristalinas recientemente determinadas de cinco compuestos objetivo, dado solo el diagrama químico de las moléculas y las condiciones de cristalización, con dos conjuntos de predicciones permitidas por compuesto objetivo.
Solo un grupo logró predecir casi todos los objetivos correctamente. Estos resultados muy exitosos fueron obtenidos por el Dr. Marcus Neumann de Avant-garde Materials Simulation y el Prof Frank Leusen y el Dr. John Kendrick de la Universidad de Bradford.
El Dr. Marcus Neumann, autor del programa informático GRACE para la predicción de la estructura cristalina, que predijo correctamente ocho de nueve objetivos en esta prueba ciega y ocho de diez objetivos en las dos pruebas ciegas anteriores, dijo: "Obviamente, estamos encantadoscon estos resultados, en particular porque, a diferencia de las pruebas ciegas anteriores, se obtuvieron mediante un procedimiento totalmente automatizado que se puede utilizar como caja negra en entornos de trabajo industriales ".
El Dr. Frank Leusen, Profesor de Química Computacional, Universidad de Bradford, dijo: "Estoy particularmente impresionado de que GRACE predijo correctamente la estructura cristalina de una sal de cloruro hidratada, lo que plantea un verdadero desafío tanto en términos del tamaño del problema de búsqueday en términos de la precisión requerida. Este resultado será de particular interés para la industria farmacéutica, ya que a menudo tratan con este tipo de compuesto ".
El Dr. John Kendrick, de la Universidad de Bradford, agregó: "Los desarrollos recientes dentro del paquete Grace significaron que el proceso de predicción de las estructuras cristalinas en la Prueba de Ciegas fue casi automático, se requirió muy poca intervención del usuario".
Aunque no se resuelve todo el problema; las predicciones aún no pueden explicar la influencia del disolvente, las impurezas, los aditivos o la temperatura en el resultado de un experimento de cristalización; estos resultados recientes demuestran capacidades significativas en el campo.
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Los resultados de pruebas ciegas anteriores, en 1999, 2001, 2004, 2007 y 2010, demostraron que las estructuras cristalinas de pequeñas moléculas orgánicas se pueden predecir en condiciones favorables. Las tasas de éxito fueron bajas en las tres primeras pruebas ciegas, pero en la cuartaLa prueba a ciegas en 2007 vio un gran avance con un grupo que predijo las cuatro estructuras cristalinas objetivo, cada una como su predicción más probable. Esto fue logrado por el mismo grupo de doctores Neumann, Kendrick y Leusen que colaboraron para predecir ocho de nueve objetivos enla última prueba a ciegas. Los compuestos objetivo en la quinta prueba a ciegas en 2010 se volvieron significativamente más complejos, pero la tasa de éxito se mantuvo alta, con resultados particularmente buenos para una molécula grande y flexible que podría considerarse como un compuesto farmacéutico prototipo.
En la prueba actual, sexta y ciega, había cinco objetivos, incluida una molécula semirrígida pequeña, una molécula flexible de tamaño mediano con cinco polimorfos conocidos, una sal de cloruro hidratada, un cocristal y una molécula flexible grande.
Los resultados se discutieron en el taller de prueba de ciegos los días 27 y 28 de octubre de 2015 en el Centro de datos cristalográficos de Cambridge y se presentaron en la revista Naturaleza .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Bradford . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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