L’importance de la solubilité
Pour qu’un composé chimique donné soit absorbé par les cellules humaines, ils doivent traverser la membrane cellulaire. Cela est vrai pour les composés ayant des effets bénéfiques (par exemple, les médicaments) ou des effets négatifs (par exemple, les toxines et les contaminants). Ce processus d’absorption implique l’interaction d’un composé avec des milieux liquides allant du plus hydrophile (ayant une affinité pour l’eau) au plus hydrophobe (qui repousse l’eau).
Ainsi, la capacité des cellules humaines à absorber et à intégrer des médicaments et des toxines est fortement liée à des différences de solubilité des composés en solution aqueuse et organique. Pour développer un nouveau médicament, des centaines de composés sont testés dans le laboratoire, ce qui augmente le coût et le temps nécessaire à ce développement. Beaucoup de ces composés sont rejetés parce qu’ils ne possèdent pas de propriétés de solubilité appropriées pour une utilisation pratique. S’il était possible de prédire à l’avance la solubilité d’un composé nouveau à partir seulement de sa structure moléculaire, nous serions en mesure de développer des médicaments efficaces beaucoup plus rapidement et beaucoup moins chers. De même, l’estimation préalable de la solubilité d’un composé nous permet d’estimer le degré de toxicité, ce qui aurait un impact significatif sur les études environnementales.
Prédire la solubilité en informatique
La solubilité d’un composé particulier est directement liée à l’énergie libre de solvatation. L’énergie de solvatation libre est l’une des propriétés thermodynamiques les plus importantes, car elle permet d’estimer non seulement la solubilité, mais aussi le degré de partitionnement (?) d’une molécule dans des solutions de caractéristiques différentes. L’énergie libre de solvatation peut être calculée avec précision par des méthodes de simulation moléculaire couplée à un algorithme d’interaction thermodynamique. Fondamentalement, la simulation commence en immergeant le composé dans un récipient contenant du solvant. Ensuite, progressivement, on fait «disparaître» le composé, en enregistrant la variation de puissance du système tout au long du processus. Et pour finir, en intégrant la courbe de puissance, on obtient l’énergie libre de solvatation du composé dans ce solvant.
Ibercivis : dissoudre des composés
Le calcul des énergies de solvatation par simulation moléculaire informatique est un travail très précis, mais très exigeant en termes de ressource. Par exemple, le calcul de l’énergie de solvatation d’un seul composé dans l’eau nécessite environ 500 heures de calcul sur un ordinateur personnel. Considérant le grand nombre de composés qui doivent être testés et la grande variété de solvants utilisés, il est essentiel d’utiliser le calcul distribué avec des plates-formes informatiques de pointe, telle qu’IBERCIVIS.
L’objectif de ce projet est de prédire par le calcul informatique les énergies libres de solvatation d’un grand nombre de composés dans différents solvants. Le type de solutés étudiés vont des molécules simples (par exemple, l’éthanol) à des molécules plus complexes (par exemple, des médicaments et des toxines multifonctionnels), et les solvants traversent toute la plage de polarité, depuis l’eau jusqu’aux hydrocarbures. Cette grande variété de systèmes permettra de développer et tester des modèles moléculaires, lesquels peuvent être utilisés comme outils de prévision pour à usage général. La capacité de prédire la solubilité d’un nouveau composé uniquement fondée sur sa structure moléculaire a un impact potentiel sur la découverte de médicaments et l’évaluation de la toxicité des composés auxquels les humains peuvent être exposés.