Modelowanie mechanizmów dehydratacji na przykładzie hydratów chlorowodorku tiaminy.

Fizyka Medyczna - Farmacja Fizyczna 2022

Tiamina, czyli witamina B1, jest rozpuszczalna w wodzie, a jej chlorowodorek może występować w postaci dwóch form hydratów: monohydratu i hemihydratu, różniących się stabilnością oraz zachowaniem w procesie odwadniania. Hydratacja i dehydratacja substancji czynnej w lekach (API) może wpływać na właściwości fizykochemiczne takie jak: stabilność czy rozpuszczalność gotowego produktu leczniczego, warunkujące biodostępność leku, a w następstwie na bezpieczeństwo i efektywność farmakoterapii. Co więcej, woda jest najczęściej stosowanym rozpuszczalnikiem w wielu procesach technologicznych np. podczas granulacji, a wilgoć zawarta w powietrzu może skracać czas przechowywania. Biorąc pod uwagę fakt, że większość leków dostępnych na rynku występuje w postaci stałej oraz że jest to najbardziej preferowana postać leku przez pacjentów, badanie zachowania hydratów w procesie dehydratacji jest istotne z farmaceutycznego punktu widzenia. Celem pracy było sprawdzenie, czy za pomocą metod modelowania molekularnego możliwe jest przewidzenie właściwości fizykochemicznych hydratów oraz różnic w procesie odwadniania. Wyjściowe struktury monohydratu i hemihydratu chlorowodorku tiaminy pochodzą z bazy CSD (Cambridge Structural Database). Następnie przeprowadzono optymalizację tych struktur, symulację stopniowej dehydratacji zarówno dla monohydratu, jak i hemihydratu oraz optymalizację nowopowstałych struktur na poziomie chemii kwantowej. Obliczenia DFT wykorzystano także do symulacji widm NMR w ciele stałym i porównanie ich z eksperymentalnie zarejestrowanymi widmami. W celu uwzględnienia wpływu temperatury na proces dehydratacji, przeprowadzono także symulacje kwantowej dynamiki molekularnej (QMD) w warunkach izobaryczno-izotermicznych (NPT). Otrzymane wyniki są zgodne z danymi eksperymentalnymi i pokazują znaczące różnice w mechanizmach dehydratacji monohydratu i hemihydratu, a także inną podatnością na odwadnianie. Co więcej, zastosowanie metod modelowania molekularnego pozwoliło na wyjaśnienie obserwowanych różnic w widmach NMR w ciele stałym (ssNMR). Obliczenia DFT dla układów periodycznych są pomocne w badaniach zachowania hydratów w procesie odwadniania. Ponieważ tworzenie nowych form solwatomorficznych może być jednym ze sposobów tworzenia leków o zmienionych właściwościach farmakokinetycznych, badanie mechanizmów hydratacji/dehydratacji z wykorzystaniem metod modelowania molekularnego może być ważnym narzędziem w procesie projektowania leków.

Ewa Napiórkowska

 Info

Date
20-05-2022 14:00
Duration
15 minut
Location