Uma empresa afiliada à Purdue está desenvolvendo uma maneira de reduzir os custos de desenvolvimento de medicamentos por meio da modelagem mais precisa e eficiente de moléculas e reações químicas em soluções líquidas. Isso permitirá que os químicos entendam melhor os detalhes do processo de síntese de moléculas.

QUAIL Modeling LLC, um acrônimo para Quantum Applications in Liquids, foi cofundado por Tillmann Kubis, professor assistente de pesquisa na Escola de Engenharia Elétrica e de Computação de Purdue, Rede de Nanotecnologia Computacional e Centro de Purdue para Materiais e Dispositivos Preditivos, e James Charles, um Ph.D. aluno do mesmo departamento.

O software foi desenvolvido a partir da necessidade de entender melhor como as moléculas reagem em líquidos.

"Quando você tem uma molécula que deve se comportar de uma certa maneira, os modelos atuais permitem prever seu comportamento no vácuo apenas onde a molécula está basicamente isolada. Contudo, as drogas devem interagir com um líquido circundante, como o sangue. Até aqui, não há como prever com segurança o comportamento molecular em líquidos, onde a droga realmente terá efeito, "Kubis disse." A primeira pergunta que responderemos é como essas moléculas mudarão quando forem colocadas em um líquido circundante, como a corrente sanguínea de um paciente.

Kubis disse que modelar líquidos é um grande e ainda não totalmente resolvido desafio na química quântica.

"Ainda não está entendido como modelar água e como modelar moléculas quando elas estão dissolvidas, "ele disse." Moléculas em um ambiente aquático enfrentam muitas perturbações caóticas para os modelos quânticos de última geração. As descrições quânticas típicas não são capazes de lidar de forma eficiente com essas incertezas intensas. "

A Modelagem QUAIL está expandindo o método da Função Verde de Não Equilíbrio (NEGF) para o reino da química quântica líquida. Este método permitirá que os químicos calculem os valores de expectativa de não equilíbrio dependentes do tempo, como corrente e densidades, troca de energia e mudanças de entropia do sistema. O método NEGF já é um método amplamente aceito no mundo da engenharia elétrica e da física de alta energia.

"Um dos Santo Graal da química quântica é a previsão da energia de solvatação, ou seja, a energia muda quando uma molécula se dissolve em um líquido. "Kubis disse." QUAIL está trabalhando diretamente para resolver este problema. Apesar de sua importância, este problema não tem solução até agora. Nós o enfrentamos combinando os efeitos quânticos com as incertezas estatísticas de um ambiente líquido. Podemos fazer isso explicitamente para qualquer tipo de líquido e molécula dissolvida. "

Kubis disse que este método reduzirá significativamente o custo de desenvolvimento de medicamentos.

“O potencial disso é gigantesco. Existem apenas cerca de 20 medicamentos lançados no mercado a cada ano e custa cerca de US $ 5 a 12 bilhões para levar cada um deles a esse estágio, ", disse ele." Diminuir essas despesas em apenas 10 por cento pode fazer uma enorme diferença. "

Kubis disse que é vital para as empresas testar moléculas com pureza perfeita, sem quaisquer subprodutos da síntese ou livre de quiralidade molecular indesejada. Isso é essencial para determinar quaisquer efeitos colaterais adversos da molécula real do medicamento. Nenhuma impureza produzida durante a síntese da droga pode obscurecer essa informação.

“Quando as grandes empresas têm uma molécula para sintetizar, eles têm seus próprios provedores de serviços com bancos de dados que normalmente fornecem cerca de 15-20 caminhos de reação diferentes que podem produzir uma alta concentração, ou alta pureza, da molécula desejada. Os altos custos vêm então em testar exaustivamente cada caminho de reação. Nossa tecnologia poderia reduzir as 20 reações a muito menos, candidatos mais precisos, ou até mesmo identificar novos caminhos de reação que não estão no radar dos bancos de dados incompletos, ", disse ele." Isso reduzirá os custos de desenvolvimento de medicamentos e aumentará a confiabilidade dos testes de drogas.

A tecnologia usada pela QUAIL Modeling é licenciada pelo Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization. A empresa é membro da Purdue Startup Class of 2017.

A empresa está trabalhando em teorias acadêmicas com foco em aplicações industriais.

"Nosso primeiro objetivo é prever corretamente a energia de solvatação, "Kubis disse." Modelar reações químicas é nosso objetivo de longo prazo; precisamos de muito desenvolvimento para concluí-lo. "

O desenvolvimento desta tecnologia foi anteriormente apoiado academicamente pelo Centro de Materiais e Dispositivos Preditivos em Purdue. Kubis disse que a QUAIL Modeling está atualmente em busca de parcerias e financiamento.

“Estamos buscando parcerias dentro da indústria, bem como financiamento e orientação sobre quais são as questões abertas mais urgentes para a indústria farmacêutica e química, "disse ele." Precisamos discutir as questões em aberto com os especialistas da área, uma vez que não somos químicos. Ter alguma orientação nos ajudará a permanecer no alvo.