La structure formée par les molécules d’un médicament à l’état solide est l’un des principaux facteurs déterminant son efficacité. La modification des structures moléculaires peut entraîner l’arrêt du bon fonctionnement des pilules, les rendant alors inutiles.
Une cooperation internationale
Une équipe dirigée par des chercheurs de l’Université du Luxembourg, en collaboration avec l’Université de Princeton, l’Université Cornell et Avant-garde Materials Simulation GmbH, a mis au point une nouvelle méthode de calcul permettant de prédire la manière dont s’organisent les molécules d’un médicament au sein de cristaux moléculaires, en fonction de différentes modalités énergétiques. Les entreprises pharmaceutiques pourraient utiliser cette approche pour éviter de coûteux échecs de développement, des erreurs de production et de potentiels litiges.
Des changements mineurs dans la production peuvent rendre une formule de médicament inefficace
La majorité des médicaments étant commercialisés à l’état solide, par exemple sous forme de pilules, les fabricants doivent s’assurer qu’ils fonctionnent correctement et commercialiser les substances actives dans la dose requise. « Il y a eu plusieurs scandales dans l’industrie pharmaceutique par le passé, lorsque des entreprises avaient identifié une molécule qui fonctionne et l’avaient commercialisée, et puis parfois des années plus tard, en raison de changements mineurs des conditions de production, la formulation du médicament a cessé d’être efficace,», explique le Prof. Alexandre Tkatchenko de l’Unité de recherche en Physique et Sciences des matériaux de l’Université du Luxembourg, principal auteur du rapport publié dans Science Advances. Par conséquent, certains médicaments ont dû être reformulés et retirés du marché pendant une longue période.
Dans la plupart des cas, la raison de la modification de ces propriétés réside dans les interactions entre les molécules. À l’état solide, les molécules s’organisent en structures cristallines stabilisées par une multitude d’interactions intermoléculaires. Comme les molécules sont très flexibles, elles peuvent former de nombreux arrangements différents dont les propriétés physiques et chimiques diffèrent. « Afin de prédire ces différences, les entreprises pharmaceutiques recourent généralement à des expériences de cristallisation appliquant la méthode essais-erreurs. Cependant, d´un point de vue réaliste, l’expérimentation ne permettra jamais d’étudier toutes les formes possibles, puisqu’on ne peut jamais savoir ce qui va changer dans les conditions expérimentales. Les possibilités sont exponentielles », explique le professeur Robert DiStasio, co-auteur de l’étude de l’Université Cornell.
Des calculs prédictifs pour remplacer les études empiriques
Afin de pouvoir remplacer ces expériences par des calculs prédictifs, les chercheurs se sont associés à la société Avantgarde Materials Simulation, qui fournit des services aux entreprises pharmaceutiques leur permettant de prédire les structures cristallines des solides organiques. Ensemble, ils ont mis au point une méthode qui leur permet de calculer la manière dont l’énergie des différents solides varie en fonction de leur structure. « La nouvelle approche améliore la précision du classement énergétique à un coût de calcul acceptable. Elle changera la façon dont la prédiction de structure cristalline est utilisée dans l’industrie pharmaceutique, » commente le Dr Marcus Neumann, fondateur et PDG d’Avant-garde Materials Simulation GmbH.
À l’avenir, les auteurs prévoient de développer davantage la méthode en la combinant à l’apprentissage machine afin d’augmenter l’efficacité des calculs.