Moleküler kristal polimorfizm mutfağınızda istediğiniz bir şey gibi gelmez, ancak muhtemelen onunla deneyiminiz oldu. O zamanlar aylarca uzanan bir çikolata bar bıraktınız, sadece daha sonra garip göründüğünü bulmak için. Birisi molekülleriyle uğraşıyor mu?
Kimyasal olarak konuşursak, hala çikolata – yani, çoğunlukla kakao yağı – ama moleküller, bakmadığınızda yavaş yavaş farklı bir kristal yapıya yeniden düzenledi. Ve çikolata yeterince kötü değilmiş gibi, bu aslında ilaçlara olabilir ve etkinliğini kaybetmelerine neden olabilir.
Polimorflar, farklı koşullar altında bir ve aynı bileşik tarafından oluşturulan farklı moleküler kristal yapılardır. Örneğin kakao yağı bu tür altı formda gelir ve çikolata üreticileri, çikolata çubuğunuzdaki “lezzetli” polimorf içeriğini en üst düzeye çıkarmak için sofistike sıcaklık manipülasyonları kullanır, bu da parlak, pürüzsüz, hızlı ve ağzınızda erir.
Buna rağmen, özellikle yetersiz koşullarda uzun süreli depolama, polimorfun daha az lezzetli muadiline “mutasyona uğramasına” neden olur. Tüm bunlar haplardaki moleküller için de geçerlidir.
Skoltech Ai’den araştırma bilimcisi Nikita Rybin, “1985’ten beri ilaç üreticileri sadece bir polimorfik rotigotin formunun farkındaydı – Parkinson hastalığının tedavisi için reçete edilen bir ilaç.”
“Ancak 2008’de, önemli ölçüde daha istikrarlı ve daha az çözünür bir polimorfun keşfi, büyük ekonomik kayıplar ve halk sağlığı yankıları ile büyük bir uyuşturucu geri çağırma başlattı.
“Çözünürlük, ilacın amaçlanan etkisi olması için gerekli olan özelliklerden biridir ve yine de haptaki moleküller tarafından varsayılan kristal yapıya veya bu durumda ilacın kimyasal makyajından ziyade transdermal yama’ya bağlıdır.”
Meslektaşları ile birlikte Rybin, Fiziksel kimya kimyasal fiziği Polimorf taramasını hızlandırmak ve gelecekte diğer farmasötiklerle benzer tartışmalardan kaçınmak için sözde makine ile öğrenilmiş atomlar arası potansiyellerin kullanılmasını önermek.
Tekniği test etmek için iyi çalışılmış glisin ve benzen moleküllerini kullanarak, ekip oldukça mütevazı hesaplama kaynakları kullanarak bu iki bileşiğin stabil polimorflarını doğru bir şekilde tahmin etti.
Rybin, “Doğrudan kuantum mekanik hesaplamalar yaparak zor yoldan tahmin edebilirsiniz. Gerçekten de, böyle bir kaba kuvvet yaklaşımı, her yıl ünlü rotigotin hikayesinden bu yana Cambridge merkezli kar amacı gütmeyen CCDC tarafından düzenlenen Kristal Yapı Tahmin Kör Test Yarışması’nda zafer kazanmıştır.” Dedi.
“Bu, ilaç şirketleri için mümkün değil. Milyonlarca ilaç adayı taramak zorundalar ve tam kuantum mekanik simülasyonlar – tıpkı gerçek ıslak deneyler gibi – sadece düzinelerce önceden seçilmiş molekül için bir seçenektir. Bu nedenle, insanlar bu prosedürü hızlandırmanın yollarını keşfediyorlar.”
Bunlar arasında makine ile öğrenilen atomlar arası potansiyeller bulunmaktadır. Bunlar, kuantum mekanik doğruluğu ile formüle edilmiş daha küçük ölçekli modellerin çıktısı üzerinde eğitilir ve daha sonra ezici bir şekilde zor hesaplamaları ortadan kaldırmak için kullanılır.
Makine öğrenimi olmasaydı, doğrudan temel hesaplamalar, araştırmacılar yönetilebilir küçük ölçekli modelden ilgili fiziksel özelliklerin ortaya çıkması için yeterince büyük bir ölçeğe gittikten sonra hesaplamalı olarak çok talep görürdü.
Bunlar arasında makine ile öğrenilen atomlar arası potansiyeller bulunmaktadır. Bunlar, tam kuantum mekanik doğrulukla yapılan ancak daha küçük bir ölçekle sınırlı hesaplamaların sonuçları konusunda eğitilmiştir.
Ortaya çıkan model daha sonra ezici bir şekilde zor olan doğrudan temel hesaplamaları ortadan kaldırabilir. Makine öğrenimi olmasaydı, araştırmacılar yönetilebilir küçük ölçekli modelden ilgili fiziksel özelliklerin ortaya çıkması için yeterince büyük bir ölçeğe gittikten sonra hesaplamalı olarak çok talep görürlerdi.
Çalışma ortak yazarı Profesör Alexander Shapeev, Skoltech AI’da malzeme tasarımı için yapay zeka laboratuvarı, yakın zamanda yeni nesil nükleer santraller için tuz arayışını ve aerospace teknolojisi için endüstriyel metal alaşımlarını hızlandırmak için makine tarafından öğrenilen potansiyelleri kullandı.
Uygulama alanını inorganikten moleküler kristallere genişleten bu sefer ekip, tekniğin ilaç tasarımı için de kullanılabileceğini gösterdi ve moleküler kristal polimorf taramasını 1.000 veya daha fazla bir faktör hızlandırdı.
İlaçların aktif bileşiklerinin fiziksel özelliklerini hap veya yamalar şeklinde iyice test ederek, tıbbi araştırma merkezleri ve ilaç şirketlerinin Ar-Ge departmanları, çözülmezlik sorunlarını, açık hava koşullarında potansiyel bozulma veya ısıtma vb.
Bunu gerçeğe dönüştürmek için Skoltech ekibi, daha karmaşık olarak yapılandırılmış farmasötik olarak önemli moleküllere geçmeyi ve ortam nemini ve diğer çevresel parametreleri hesaba katacak şekilde önerilen tekniği geliştirmeyi planlıyor.
