Methodenentwicklung für effiziente Force Field Kalibrierung und Löslichkeitsstudien am Beispiel von NHC-Gold(I)-Komplexen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Gabriele Raabe
• Fachliche Zuordnung: Technische Thermodynamik ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566872896

Gegenstand des beantragten Vorhabens ist die Entwicklung von molekularen Modellen und Simulationsmethoden, um eine zuverlässige Vorhersage des logPow Werts und systematische Molekulardynamik (MD) Studien zu relevanten Wechselwirkungsmechanismen von N-heterocyclischen Carben (NHC)-Gold-Komplexen als innovative Antiinfektiva und Krebstherapeitika zu ermöglichen. Die bisher unzureichende Parametrisierung von Metallen in molekularen Modellen verhindert die erfolgreiche Anwendung von MD Studien auf metallorganische Komplexe. Daher stellt die Parametrisierung der Metalle einen zentralen Bestandteil dieses Vorhabens dar, wofür eine sequentielle Bayes‘schen Kalibrierungsmethode weitereinwickelt, und auf die Force Field Modelle GAFF/IPolQ-Mod+LJ-Fit und GAFF2/RESP angewendet werden soll. Zielsetzung ist die Ermittlung von übertragbaren Force Field Parameter am Beispiel von (NHC)Au’Cl und kationischen Biscarben [Au(NHC)2]+ Komplexen als wichtige Untergruppe der NHC-Au-Komponenten. Für effiziente molekulare Simulationen zum logPow Wert nach der „alchemischen Methode“ soll ein Machine Learning Modell entwickelt werden, welches auf Grundlage molekularer Merkmale Startwerte für die Verteilung der erforderlichen Zwischenzustände vorhersagt. Auf Basis der entwickelten molekularen Modelle werden MD Simulationsstudien durchgeführt, um Interaktionen der NHC-Gold(I)-Komplexe mit den Lösungsmitteln Wasser und Oktanol - als Modell für die lipide Zellmembran - zu analysieren, und Einflussfaktoren zu identifizieren. Durch die Entwicklung von effizienten Simulationsmethoden mit einer robusten Parametrisierung zielt dieses Projekt darauf ab, die Anwendbarkeit von MD Simulationen im rationellen Wirkstoffdesign von (NHC)-Gold-Komplexen Komplexen zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen