Universität Innsbruck

Kristalle treiben die Forschung für Arzneien an

Ein internationales Team beschäftigte sich seit Langem mit der Modellierung und Vorhersage freier Energien in Kristallen. Ihre veröffentlichte Arbeit zur neuen TRHu(ST)-Methode zeigt, dass die Stabilität von Kristallformen unter realen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen zuverlässig und kostengünstig vorhergesagt werden kann. Dies ist zum Beispiel für die Entwicklung von Medikamenten entscheidend.

INNSBRUCK. Moleküle können sich in einem Kristall auf unterschiedlichste Weise anordnen. Die Kristallstruktur hat einen starken Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften eines Stoffes, wie Stabilität und Löslichkeit. Diese wiederum sind entscheidend für die Wirksamkeit zum Beispiel von Arzneimitteln. An den Forschungen waren internationale Wissenschaftler beteiligt, darunter Doris Braun vom Institut für Pharmazie der Universität Innsbruck. In der Produktion ist ein erheblicher Aufwand notwendig, um sicherzustellen, dass nur die bevorzugte Festform eines Arzneistoffes hergestellt und verarbeitet wird und diese sich durch die Verarbeitung und Lagerung nicht verändert.

Minimierte Risiken

Über die Bestimmung der Gitterenergie und freien Energie einer Kristallstruktur kann vorhergesagt werden, wie stabil ein fester Stoff ist. Dadurch können die Risiken in Produktion und Lagerung minimiert werden. Allerdings lassen sich viele metastabile Kristallformen in reiner Form nur schwer herstellen und sind häufig anfällig für die Umwandlung in stabilere Formen. Die mögliche Instabilität solcher Kristallformen kann nur über die Berechnung ermittelt werden. Bisher war der Mangel an zuverlässigen experimentellen Vergleichsdaten ein großes Problem für die Entwicklung von Berechnungsmethoden zur genauen Vorhersage von Unterschieden in der freien Energie zwischen Feststoffen. Doris Braun vom Institut für Pharmazie der Universität Innsbruck war Teil eines internationalen Teams, das die ersten zuverlässigen experimentellen Daten für verschiedene industriell relevante Kristallformen zusammenzustellen hat.

Genau und kostengünstig

Ausgestattet mit zuverlässigen experimentellen Daten, anhand derer neue Berechnungsmethoden getestet und validiert werden können, hat der Software-Entwickler AMS mit der Einführung der neuen Methode TRHu(ST) 23 für die Berechnung der temperatur- und feuchtigkeitsabhängigen freien Energien sowohl die Genauigkeit als auch die Erschwinglichkeit solcher Prognosen erheblich verbessert. Die Fähigkeit, die Stabilität von Kristallformen unter realen Bedingungen vorherzusagen, wird die Auswahl fester Formen und die Gestaltung von Prozessen in der Industrie voraussichtlich verändern. Doris Braun pflichtet dem bei und fügt hinzu:

„In dem wir die Kluft zwischen den Anforderungen von Experimenten und den rechnerischen Möglichkeiten erheblich verringern, ermöglichen wir der Industrie eine bessere Kontrolle bei der Auswahl von Kristallformen, was letztlich die Sicherheit von (pharmazeutischen) Produkten erhöht.“

Erfolgreiche Zusammenarbeit

„Das Tempo des wissenschaftlichen Fortschritts für reale Anwendungen durch diese einzigartige Partnerschaft mit AMS ist wirklich erstaunlich. Dies zeigt sich am deutlichsten am Fortschritt bei den Vorhersagen über die Auswirkungen von Wasser auf Kristallformen und ihre relative thermodynamischen Stabilität“,

sagt Ahmad Sheikh, Mitautor der Studie und Global Head of Molecular Profiling and Drug Delivery bei AbbVie, einem weltweit tätigen biopharmazeutischen Unternehmen. AMS, ein Pionier auf dem Gebiet der organischen Kristallstrukturvorhersage und Entwickler der weltweit führenden GRACE-Software, hat in den vergangenen 15 Jahren wichtige Entwicklungen auf diesem Gebiet vorangetrieben.