Skin Barrier Inves-ga-on Using GPU Enhanced Molecular - PowerPoint PPT Presentation

Skin ¡Barrier ¡Inves-ga-on ¡Using ¡GPU ¡ Enhanced ¡Molecular ¡Dynamics ¡ Russell ¡DeVane ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡ Corporate ¡Func-ons, ¡Modeling ¡and ¡Simula-on ¡ ¡ SC13 ¡Nvidia ¡Theatre ¡ November ¡19, ¡2013 ¡

Company ¡Overview ¡ • Consumer ¡Products ¡Company ¡ • Founded ¡in ¡Cincinna- ¡in ¡1837 ¡ • 50 ¡Leadership ¡Brands ¡ • 25 ¡brands ¡with ¡net ¡sales ¡> ¡$1 ¡Billion ¡ William ¡Procter ¡ James ¡Gamble ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡Simula-on, ¡November ¡2013 ¡

In-­‑house ¡GPU ¡Capability ¡ • Cost ¡effec-ve ¡ • Space ¡efficient ¡ • Power ¡efficient ¡ Dual ¡Tesla ¡M2090 ¡ Applica'ons ¡ Single ¡Node ¡Performance ¡Increase ¡ • Molecular ¡Dynamics ¡ • CG-­‑MD ¡(51,250 ¡CG ¡BEADS): ¡ ¡4X ¡speedup ¡ • CG-­‑MD ¡(473,000 ¡CG ¡BEADS): ¡5X ¡speedup ¡ Applica'on ¡so,ware ¡ • NAMD ¡ • AA-­‑MD ¡(49,000 ¡Atoms): ¡6X ¡speedup ¡ • LAMMPS ¡ • AA-­‑MD ¡(140,000 ¡Atoms): ¡8X ¡speedup ¡ • GROMACS ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Benchmarks ¡ Seven ¡12-­‑core ¡nodes ¡to ¡get ¡the ¡performance ¡ of ¡1 ¡dual-­‑GPU ¡enabled ¡node. ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Titan ¡Performance ¡ 70 ¡ With ¡GPU ¡ Without ¡GPU ¡ 60 ¡ 150,000 ¡Atoms ¡ 50 ¡ Nanoseconds/day ¡ 40 ¡ 30 ¡ 20 ¡ 10 ¡ 0 ¡ 32 ¡Nodes ¡ 64 ¡Nodes ¡ 128 ¡Nodes ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Skin ¡Anatomy ¡ The ¡stratum ¡corneum ¡is ¡the ¡Primary ¡penetra-on ¡Barrier. ¡ The ¡lipid ¡pathway ¡is ¡the ¡dominant ¡pathway. ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Stratum ¡Corneum ¡Lipids ¡ Cholesterol ¡ Equal ¡parts: ¡ • Ceramide ¡ • Cholesterol ¡ • Fady ¡Acid ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡ Fady ¡Acid ¡ Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Mo-va-on ¡ Improving ¡our ¡molecular ¡level ¡understanding ¡of ¡skin ¡penetra-on ¡ Design ¡and ¡performance ¡of ¡a ¡spreadsheet-­‑based ¡model ¡for ¡es-ma-ng ¡bioavailability ¡of ¡chemicals ¡from ¡dermal ¡exposure; ¡Dancik ¡et ¡al. ¡ Advanced ¡Drug ¡Delivery ¡Reviews ¡(2012) ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡ Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Reasons ¡for ¡Failure ¡ • There ¡is ¡a ¡compound ¡dependent ¡propensity ¡to ¡ disrupt ¡the ¡stratum ¡corneum ¡lipid ¡barrier. ¡ • Simple ¡molecular ¡proper-es ¡(par--on ¡ coefficients, ¡molecular ¡weight) ¡do ¡not ¡ accurately ¡model ¡barriers ¡to ¡penetra-on. ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡ Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Order ¡Parameters ¡ Order ¡parameter ¡control ¡via ¡collec-ve ¡variables. ¡ • Measure ¡of ¡lamellar ¡structure ¡fluidity. ¡ • Can ¡be ¡measured ¡by ¡experiment ¡(deuterium ¡NMR). ¡ • Ceramide ¡Bilayer: ¡High ¡order ¡ ¡ DOPC ¡Bilayer: ¡Low ¡order ¡ ¡ Gel/Crystalline ¡phase ¡ Fluid ¡phase ¡ Developed ¡through ¡collabora-on ¡with ¡Michael ¡Klein ¡at ¡Temple ¡University ¡

Skin ¡Barrier ¡Disrup-on ¡ Can ¡we ¡predict ¡a ¡compounds ¡ability ¡to ¡disrupt ¡the ¡skin ¡barrier ¡ based ¡simply ¡on ¡its ¡molecular ¡structure? ¡ Phenol ¡ Isopentane ¡ Ethylene ¡Glycol ¡ Ethanol ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Ethylene ¡Glycol ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Ethanol ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Phenol ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Isopentane ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡Simula-on ¡November ¡2013 ¡

Acknowledgements ¡ Temple ¡University: ¡ Procter ¡& ¡Gamble: ¡ Michael ¡Klein ¡ Bruce ¡Murch ¡ • • Giacomo ¡Fiorin ¡ Joanna ¡Jaworska ¡ • • Chris ¡MacDermaid ¡ Bill ¡Laidig ¡ • • ¡ Tom ¡Lange ¡ • ¡ Palacky ¡University ¡(Czech ¡Republic): ¡ Karel ¡Berka ¡ Oakridge ¡Na-onal ¡Laboratory ¡ • Marketa ¡Paloncyova ¡ Jack ¡Wells ¡ • • ¡ Suzy ¡Tichenor ¡ • ¡ University ¡of ¡Cincinna-: ¡ Jerry ¡Kas-ng ¡ • Sam ¡Tonddast-­‑Navaei ¡ ¡(Simula-on ¡ • Center) ¡ Procter ¡& ¡Gamble ¡-­‑ ¡Modeling ¡and ¡Simula-on ¡November ¡2013 ¡