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

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

May 28, 2023 137 likes •315 views

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

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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 ¡

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Company ¡Overview ¡

William ¡Procter ¡ James ¡Gamble ¡

  • Consumer ¡Products ¡Company ¡
  • Founded ¡in ¡Cincinna- ¡in ¡1837 ¡
  • 50 ¡Leadership ¡Brands ¡
  • 25 ¡brands ¡with ¡net ¡sales ¡> ¡$1 ¡Billion ¡

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

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SLIDE 3

In-­‑house ¡GPU ¡Capability ¡

Dual ¡Tesla ¡M2090 ¡

  • Cost ¡effec-ve ¡
  • Space ¡efficient ¡
  • Power ¡efficient ¡

Applica'on ¡so,ware ¡

  • NAMD ¡
  • LAMMPS ¡
  • GROMACS ¡

Single ¡Node ¡Performance ¡Increase ¡

  • CG-­‑MD ¡(51,250 ¡CG ¡BEADS): ¡ ¡4X ¡speedup ¡
  • CG-­‑MD ¡(473,000 ¡CG ¡BEADS): ¡5X ¡speedup ¡
  • AA-­‑MD ¡(49,000 ¡Atoms): ¡6X ¡speedup ¡
  • AA-­‑MD ¡(140,000 ¡Atoms): ¡8X ¡speedup ¡

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

Applica'ons ¡

  • Molecular ¡Dynamics ¡
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Benchmarks ¡

Seven ¡12-­‑core ¡nodes ¡to ¡get ¡the ¡performance ¡

  • f ¡1 ¡dual-­‑GPU ¡enabled ¡node. ¡

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

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

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Titan ¡Performance ¡

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

0 ¡ 10 ¡ 20 ¡ 30 ¡ 40 ¡ 50 ¡ 60 ¡ 70 ¡ 32 ¡Nodes ¡ 64 ¡Nodes ¡ 128 ¡Nodes ¡ Nanoseconds/day ¡ With ¡GPU ¡ Without ¡GPU ¡

150,000 ¡Atoms ¡

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Skin ¡Anatomy ¡

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

The ¡stratum ¡corneum ¡is ¡the ¡Primary ¡penetra-on ¡Barrier. ¡ The ¡lipid ¡pathway ¡is ¡the ¡dominant ¡pathway. ¡

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SLIDE 8

Stratum ¡Corneum ¡Lipids ¡

Cholesterol ¡

Equal ¡parts: ¡

  • Ceramide ¡
  • Cholesterol ¡
  • Fady ¡Acid ¡

Fady ¡Acid ¡

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

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SLIDE 9

Mo-va-on ¡

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

Improving ¡our ¡molecular ¡level ¡understanding ¡of ¡skin ¡penetra-on ¡

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SLIDE 10

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 ¡

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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 ¡ ¡ Gel/Crystalline ¡phase ¡ DOPC ¡Bilayer: ¡Low ¡order ¡ ¡ Fluid ¡phase ¡

Developed ¡through ¡collabora-on ¡with ¡Michael ¡Klein ¡at ¡Temple ¡University ¡

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Skin ¡Barrier ¡Disrup-on ¡

Phenol ¡ Ethanol ¡ Ethylene ¡Glycol ¡ Isopentane ¡ Can ¡we ¡predict ¡a ¡compounds ¡ability ¡to ¡disrupt ¡the ¡skin ¡barrier ¡ based ¡simply ¡on ¡its ¡molecular ¡structure? ¡

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

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Ethylene ¡Glycol ¡

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

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Ethanol ¡

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

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Phenol ¡

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

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Isopentane ¡

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

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Acknowledgements ¡

Temple ¡University: ¡

  • Michael ¡Klein ¡
  • Giacomo ¡Fiorin ¡
  • Chris ¡MacDermaid ¡

¡ ¡ Palacky ¡University ¡(Czech ¡Republic): ¡

  • Karel ¡Berka ¡
  • Marketa ¡Paloncyova ¡

¡ ¡ University ¡of ¡Cincinna-: ¡

  • Jerry ¡Kas-ng ¡
  • Sam ¡Tonddast-­‑Navaei ¡ ¡(Simula-on ¡

Center) ¡ Procter ¡& ¡Gamble: ¡

  • Bruce ¡Murch ¡
  • Joanna ¡Jaworska ¡
  • Bill ¡Laidig ¡
  • Tom ¡Lange ¡

Oakridge ¡Na-onal ¡Laboratory ¡

  • Jack ¡Wells ¡
  • Suzy ¡Tichenor ¡

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