AMS 辅助药物研究案例集(一)

Posted · Add Comment

药物工艺开发中溶解度预测模型的评估(阿斯利康) 在合成药物工艺开发中的许多单元操作设计中,溶解度是一个重要属性,然而直接测量潜在溶剂、混合溶剂中的溶解度,有时候并不理想或实用。在制药工业中投入使用的,包括有几种预测化合物在有机溶剂中溶解度的理论模型。ETC(Enabling Technologies Consortium) 合作,需要进行溶解度模型标准测试,以便指导溶解度模型的更好使用。 阿斯利康的研究人员针对一组较为广泛的溶质-溶剂组合,包括24 种溶质和80 种溶剂、混合溶剂,对多种溶解度模型进行了评估。作为 ETC 内部共同努力的一部分,对乙酰唑胺、咖啡因、西咪替丁、桂利嗪、格列本脲、奥美拉唑、扑热息痛、吡罗昔康、利培酮和糖精进行了测量。ETC 合作参与者额外提供了的溶解度的一些内部数据,涵盖了更有限的溶剂范围。 溶解度模型的方法各不相同,包括从第一性原理模型(COSMO-RS 和 COSMO-SAC)到回归模型(R-UNIFAC 和Lovette-Amgen模型)等。作者使用不同的适应度测量,对每种模型的性能进行了广泛的评估。 尽管作者提出了几种不同的性能指标(如准确性、RMSE和MCC),但没有一种指标能够完美地捕捉模型在所有预期情况下的适用性。建议研究者评估每个指标在其预期应用中的重要性,并根据所需数据规模和应用模型的能力来平衡评估。 结果表明,溶解度模型确实可用于化学过程开发,这些模型在性能方面非常具有吸引力。通过有效的初步筛选,能够产生较小的潜在溶剂和溶剂混合物集,以便进一步筛选,而且在后期开发中,能够识别和消除二元体系协同溶解度效应的潜在影响。 从这些模型的总体趋势来看,使用的实验数据越多,总体性能改善越大。使用DSC或参考溶解度时,基于ADF-COSMO的模型通常是最准确的。R-UNIFAC模型在不同任务中的表现各不相同,只有从参考溶剂和多态性处理的选择上将它们区分开来。Lovette-Amgen模型在单溶剂系统的大多数评估中表现得异常出色(使用数据训练了该模型),但二元溶剂评估方面显著落后(数据未用于训练模型)。 Evaluation of Predictive Solubility Models in Pharmaceutical Process Development─an Enabling Technologies Consortium Collaboration, Michael A. Lovette, Jacob Albrecht, Ravi S. Ananthula, Francesco Ricci, Rahul Sangodkar, Mansi S. Shah, and Simone Tomasi, Cryst. Growth Des. 2022, DOI: 10.1021/acs.cgd.2c00368 […]

AMS 辅助药物研究案例集(二)

Posted · Add Comment

铋烯和锑烯作为顺铂药物载体的理论比较研究 有效的靶向递送是纳米医学中抗癌药物递送的一个挑战,本项研究主要使用 DFT 方法,研究铋和锑纳米片作为顺铂抗癌的纳米载体的可能性。结果表明,与锑烯相比,铋烯表现出明显更好的物理稳定性、药物释放速率、溶解度和生物相容性,使其成为药物递送系统的优秀候选者。 抗癌药物的平行和垂直取向吸附在两个纳米片上;平行构型在能量上最为有利,平行位点的吸附能为-0.79eV。电子电荷分析和 DOS 计算也揭示了从药物到铋烯片的电荷转移,从而证实了药物的有效吸附。作者通过模拟药物和吸附位点附近的载体表面的受到质子攻击,来模拟药物的释放,结果显示出铋烯在药物释放机制方面的稳定性和潜力。 此外,通过研究其与生物分子的相互作用,分析药物分子与氨基酸的相互作用,发现药物能够有效发挥作用。关于功函数、恢复时间、电子局域函数和前沿分子轨道分析,进一步确认了铋烯相对于锑烯的优势。这些全面的评估表明,双马苏碱是一种更具前景的抗癌药物纳米载体,并为提高癌症治疗策略的疗效开辟了一条潜在的途径。 Insights into bismuthene and antimonene as cisplatin drug carriers: A theoretical comparative investigation, Chemical Physics, 2025, Volume 588, 112460 应用萜类深共晶溶剂去除水中的抗生素和染料:理论预测、实验验证和量子化学评估(四川大学) 本研究提出了一种理论预测方法和机理研究,用于使用萜类深共晶溶剂(DES)从水性介质中提取抗生素和染料。首先,应用 COSMO-RS 方法预测了26种萜类DES提取抗生素(四环素类、磺胺类、喹诺酮类、β-内酰胺类)和染料等15种目标化合物的选择性、容量和性能指标,百里酚苯甲醇对目标化合物显示出有前景的理论选择性和提取效率。 此外,氢键受体(HBA)和氢键供体(HBD)的结构都对预测的提取性能有影响,可以通过调整具有更高极性、更小分子体积、更短烷基链长度和芳香环结构等的候选物来提高提取性能。根据 σ-Profile 和 σ-Potential 所揭示的预测分子相互作用,具有 HBD 能力的 DES 可以促进分离过程。此外,实验验证证实了所提出的预测方法的可靠性,表明理论预测的提取性能指标的趋势,与使用实际样品的实验结果相似。 最后,基于可视化表示、热力学计算和拓扑性质,通过量子化学计算对提取机理进行了评估;目标化合物显示出良好的溶剂化能量,可以从水相转移到 DES 相。 所提出的方法已被证明有可能为环境研究中具有类似绿色溶剂分子相互作用的更多应用(如微萃取、固相萃取、吸附)提供有效的策略和指导。 How to apply terpenoid-based deep eutectic solvents for removal of antibiotics […]

光开关顺铂类似物的光控抗癌活性和细胞摄取(J. Med. Chem 2024)

Posted · Add Comment

摘要 波兰雅盖隆大学等,用两个芳基偶氮吡唑配体合成了光敏顺铂类似物,能够进行反式-顺式/顺式-反式光异构化。顺式光异构体的半衰期为9天。作者在几种癌症和正常细胞系中,测定了复合物的两种光异构体的细胞毒性,并与顺铂的细胞毒性进行了比较。该复合物的反式光异构体,比顺式光异构物和顺铂更具细胞毒性,对癌症(4T1)的毒性比对正常(NMuMG)小鼠乳腺细胞的毒性更大,能够造成 4T1细胞的坏死。4T1 细胞内化的反式和顺式光异构体的光异构化分别增加和降低了存活率,反式光异构体的细胞摄取强于顺式光异构物和顺铂。这两种光异构体与DNA的相互作用比顺铂更快。反式光异构体与牛血清白蛋白的结合更强,诱导细胞谷胱甘肽水平的降低幅度大于顺式光异构物。 相关计算采用AMS软件ADF模块完成。 参考文献 Light-Controlled Anticancer Activity and Cellular Uptake of a Photoswitchable Cisplatin Analogue, J. Med. Chem. 2024, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.4c01575

通过 COSMO-RS 预测药物与聚合物的相容性

Posted · Add Comment

最近捷克共和国布拉格化工大学Michal Fulem课题组,使用 AMS 软件的 COSMO-RS 模块预测 10 种活性药物成分(API)与聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)K12 的固液平衡(SLE)曲线。作者采用两种基于 COSMO RS 的方法,即“传统方法”和“快速方法”,并对二者的性能进行了比较。通过逐步溶解(S-WD)方法获得的各自 SLE 数据集进行比较,评估预测 SLE 曲线的准确性。

无修饰碳纳米管的两亲性起源:作为完全可回收的油包水乳液稳定剂

Posted · Add Comment

背景 无修饰碳纳米管(CNT)显示出作为乳液稳定剂的潜力,能够取代水毒性小分子表面活性剂。然而,对现实 CNT 的水-固界面的理解不一致,阻碍了对其个性化的功能性、在良性介质中的可加工性以及与广泛基质的兼容性的利用。在低能耗要求下,基于水和廉价正构烷烃的纯碳纳米管加工是迈向绿色技术的重要一步。因此,有必要在从疏水性到亲水性的标尺上,定量评估各种结构化的 CNT 组分。这种结构交织特征可以导致两亲性,从而形成油包水乳液。 研究内容 作者使用精确的实验和严格的理论研究,研究了碳纳米管与水和油相相互作用的性质,对碳纳米管和碳纳米管乳液进行了全面表征,揭示了各种乳液的微观和纳米形态,建立了纯净和纯化碳纳米管乳化行为的描述方法,讨论了由纯净和纯化的多壁碳纳米管(MWCNT)稳定的水/油乳液的稳定性机制,结果还显示了两亲性强度取决于 CNT 尺寸、氧化/空位结构域以及油水比,表明了 MWCNT 可加工性的最佳值。 实验支持的量子力学计算表明,真实的 CNT 具有明确的亲水和疏水结构域,表现为具有亲水性开口端、少量氧官能化/空位表面区域、疏水性侧壁和全封闭端,这使得纯净 CNT 成为一维两亲物,能够用作完全可回收的一维表面活性剂,用于稳定水/油乳液。 研究结果证实,碳纳米管在制备聚合物、陶瓷、金属和其他复合材料中作为完全可回收一维乳化剂,有广泛的前景,应用领域包括诸如传热纳米流体、超级润滑剂、涂料、涂层、电催化剂,以及生物成像中局部治疗或造影剂的药物载体等。 计算部分 作者使用 QuantumATK 中的第一原理方法(DFT)对 CNT 与水分子和烷烃分子多种不同构型的相互作用能、电子态密度和电子分布等微观性质进行了计算,分别对比了开口/封闭以及不同尺寸的 CNT 的效果,以解释实验中观察到的亲和性趋势。 作者使用力场方法(ReaxFF)对 CNT-水-烷烃复合体系进行了分子动力学研究,分别研究了不同开口、尺寸、单壁/多壁、修饰基团等对两亲性的影响。建模时,作者采用 QuantumATK 中内置的 PackMol 工具构建了一个纳米管被足够多的水分子和烷烃分子包埋的模型。 为了研究更大体系在较长时间内的动力学特征,作者还使用了 time-stamped foce-bias Monte Carlo 方法对5 个 CNT、500 个癸烷、4000 个水分子体系进行了 33 ps 时间的动力学模拟。 参考 Blacha, A. W., et al, The Origin of Amphipathic […]

新冠病毒原始株、德尔塔和奥密克戎变异株刺突与人ACE2受体的结合能【QuantumATK应用】

Posted · Add Comment

摘要 新冠病毒 SARS-CoV-2 的受体结合区域(RBD)与人 ACE2 受体结合导致感染。在这项研究中,通过密度泛函理论(DFT)模拟研究了原始毒株、德尔塔和奥密克戎变异株的 SARS-CoV-2 刺突 RBD 与人 ACE2 受体连接形成的复合物,获得了二者之间的结合能。原始毒株、德尔塔和奥密克戎变异株的 SARS-CoV-2 刺突 RBD 与人 ACE2 受体的结合能计算值分别为 −4.76、−6.68 和 −11.77 eV。这些结合能值表明,奥密克戎变异株与 ACE2 的结合比原始毒株和德尔塔变异株的结合有利得多,这可能从分子水平上解释了奥密克戎变异株能取代原始毒株和德尔塔变异株成为流行毒株的原因。本研究中发现的结合能和这些能量的分解有望有助于中和药物的开发。 模型 作者从公开的蛋白质数据库中获得了三种毒株的刺突与受体的冷冻电镜结构数据,并在刺突蛋白与受体接触面附近 15 埃范围内选择了合适的分子大小作为计算模型。结合体的原子数在 3000 以上。 图:三种毒株的刺突受体结合域与人ACE2受体的结合界面结构。(a)原始毒株(b)德尔塔变异株;(c)奥密克戎变异株。 表:区域选择后的模型原子数。 计算与结果 作者对结构进行了基本的优化后,计算了体系能量,计算能量时考虑了基组重叠误差(BSSE)和范德华力泛函校正。计算结果表面,奥密克戎毒株的刺突蛋白具有最大的受体结合能,这与实际观察到的传播能力的表现一致。 参考 Yamacli, S., Avci, M., Computation of the Binding Energies between Human ACE2 and Spike RBDs of the Original Strain, Delta and Omicron Variants […]

我感兴趣的关于COSMO-RS/SAC、UNIFAC的课程内容征集【长期有效】

Posted · Add Comment

2022年11月5日,AMS(Amsterdam Modeling Suite)开发者荷兰SCM公司与费米科技,结合广大老师、同学们前期对讲座内容需求的反馈,联合举办COSMO-RS和COSMO-SAC在线讲座。SCM公司陈威霖博士将介绍有关COSMO-RS的理论以及计算溶液热力学性质的现实溶剂法和分段活度系数法,并展示在AMS的图形窗口中如何进行简单计算,并使用python脚本展示更强大的应用案例,包括:溶解度筛选、共晶筛选、共熔溶剂、离子液体。讲义、视频、脚本等资料,详见链接。 未来我们计划继续开展类似讲座,因此长期面向广大师生征集讲座课题,敬请填写下表,我们将在开课时通过邮件通知您参与信息。

阿斯利康:药物工艺开发中溶解度预测模型的评估(Cryst. Growth Des. 2022)

Posted · Add Comment

在合成药物工艺开发中的许多单元操作设计中,溶解度是一个重要属性,然而直接测量潜在溶剂、混合溶剂中的溶解度,有时候并不理想或实用。在制药工业中投入使用的,包括有几种预测化合物在有机溶剂中溶解度的理论模型。ETC(Enabling Technologies Consortium) 合作,需要进行溶解度模型标准测试,以便指导溶解度模型的更好使用。 阿斯利康的研究人员针对一组较为广泛的溶质-溶剂组合,包括24 种溶质和80 种溶剂、混合溶剂,对多种溶解度模型进行了评估。作为 ETC 内部共同努力的一部分,对乙酰唑胺、咖啡因、西咪替丁、桂利嗪、格列本脲、奥美拉唑、扑热息痛、吡罗昔康、利培酮和糖精进行了测量。ETC 合作参与者额外提供了的溶解度的一些内部数据,涵盖了更有限的溶剂范围。 溶解度模型的方法各不相同,包括从第一性原理模型(COSMO-RS 和 COSMO-SAC)到回归模型(R-UNIFAC 和Lovette-Amgen模型)等。作者使用不同的适应度测量,对每种模型的性能进行了广泛的评估。 尽管作者提出了几种不同的性能指标(如准确性、RMSE和MCC),但没有一种指标能够完美地捕捉模型在所有预期情况下的适用性。建议研究者评估每个指标在其预期应用中的重要性,并根据所需数据规模和应用模型的能力来平衡评估。 结果表明,溶解度模型确实可用于化学过程开发,这些模型在性能方面非常具有吸引力。通过有效的初步筛选,能够产生较小的潜在溶剂和溶剂混合物集,以便进一步筛选,而且在后期开发中,能够识别和消除二元体系协同溶解度效应的潜在影响。 从这些模型的总体趋势来看,使用的实验数据越多,总体性能改善越大。使用DSC或参考溶解度时,基于ADF-COSMO的模型通常是最准确的。R-UNIFAC模型在不同任务中的表现各不相同,只有从参考溶剂和多态性处理的选择上将它们区分开来。Lovette-Amgen模型在单溶剂系统的大多数评估中表现得异常出色(使用数据训练了该模型),但二元溶剂评估方面显著落后(数据未用于训练模型)。 参考文献 Evaluation of Predictive Solubility Models in Pharmaceutical Process Development─an Enabling Technologies Consortium Collaboration, Michael A. Lovette, Jacob Albrecht, Ravi S. Ananthula, Francesco Ricci, Rahul Sangodkar, Mansi S. Shah, and Simone Tomasi, Cryst. Growth Des. 2022, DOI: 10.1021/acs.cgd.2c00368

使用共晶溶剂从黄褐藻中提取岩藻黄质—COSMO-RS筛选与实验验证

Posted · Add Comment

研究亮点 使用COSMO-RS筛选用于提取岩藻黄质的24中共晶溶剂通过实验验证了COSMO-RS筛选得到的6个排名靠前的共晶溶剂百里酚 : 十二酸共晶溶剂的岩藻黄质提取率最高利用σ-profile和σ-potential揭示了可能的岩藻黄质提取机制最佳条件下岩藻黄质提取率为 22.03 mg/g DW 研究内容 岩藻黄质是藻类中的一种类胡萝卜素,据称具有抗氧化、抗光老化、抗转移、抗高血压活性等有益的健康相关特性,从而可能应用于化妆品、饮食和医药等。 奥克兰大学Dingmeng Xu等,研究评估了使用共晶溶剂 (deep eutectic solvents,DES) 从微藻Tisochrysis lutea中提取岩藻黄质的方法。 使用COSMO-RS筛选24种不同类型的共晶溶剂在提取岩藻黄质中的性能,然后使用6个排名靠前的共晶溶剂进行实验提取验证。 实验结果表明,其中百里酚 : 十二酸(摩尔比 1.25 : 1)对岩藻黄质的提取能力最高(7.69 mg/g dry biomass weight (DW)),高于常规溶剂甲醇 (6.29 mg/g DW) 和乙醇 (6.75 mg/g DW),这与 COSMO-RS 筛选结果一致。 作者进一步优化了百里酚 : 十二酸提取岩藻黄素的提取条件,结果表明在温度36.2 ℃、搅拌时间2.58小时,生物量百分比 11.36%时,岩藻黄质的提取率最高(22.03 mg/g DW)。 此外,岩藻黄质在百里酚 : 十二酸中表现出良好的稳定性,储存时间超过 11 天。经过七个提取周期后,最终岩藻黄质浓度 (13.06 mg/mL DES) ,可重复使用性良好。 参考文献 Evaluation of Deep […]

ReaxFF分子动力学模拟药物释放过程(Phys. Chem. Chem. Phys., 2019)

Posted · Add Comment

最近,一项实验和计算模拟联合研究表明,ReaxFF可以真实地描述功能化的金纳米颗粒,从理论上理解和预测抗生素的释放。这为ReaxFF分子动力学模拟辅助开发可控的纳米粒子原位药物释放带来了希望。 作者使用ReaxFF对共轭壳聚糖-庆大霉素官能化的金纳米粒子在水溶液中的动力学行为进行模拟,研究了基质包埋对抗生素抗菌活性的结构和动力学影响及其释药机理。 模拟体系:约200000个原子(水分子:40000)。图中:柠檬酸盐(棕红色分子)、壳聚糖(浅蓝色分子)和庆大霉素(绿色分子)。 S. Monti, J. Jose, A. Sahajan, N. Kalarikkal, and S. Thomas, Structure and dynamics of gold nanoparticles decorated with chitosan–gentamicin conjugates: ReaxFF molecular dynamics simulations to disclose drug delivery, Phys. Chem. Chem. Phys. 2019,21, 13099-13108

 
  • 标签

  • 关于费米科技

    费米科技以促进工业级模拟与仿真的应用为宗旨,致力于推广基于原子级别模拟技术和基于图像模型的仿真技术,为学术和工业研究机构提供研发咨询、软件部署、技术攻关等全方位的服务。费米科技提供的模拟方案具有面向应用、模型新颖、功能丰富、计算高效、简单易用的特点,已经服务于众多的学术和工业用户。

    欢迎加入我们!(点击链接)

  • 最近更新

  • 联系方式

    • 留言板点击留言
    • 邮箱:sales_at_fermitech.com.cn
    • 电话:010-80393990
    • QQ: 1732167264
  • 订阅费米科技新闻

    • 邮件订阅:
      您可以使用常用的邮件地址接收费米科技定期发送的产品更新和新闻。
      点击这里马上订阅
    • 微信订阅:
      微信扫描右侧二维码。
  •