بخشی از مقاله
بررسی برهمکنش نانولوله های کربنی آلائیده توسط پلاتین با داروی فلوئورواوراسیل با استفاده از محاسبات نظریه تابعیت چگالی (DFT)
خلاصه
به دلیل نیاز روزافزون به هدفمندی دارورسانی برای بیماریهای خاص که استفاده از داروهای آنها عوارض جانبی بسیاری برای فرد مورد درمان دارد، مطالعات بسیاری صورت گرفته که است. برای درک بهتر و بهینه کردن روند آزمایشگاهی برای بررسی توانایی دارورسانی حاملهای دارو، به کار گیری روش های تئوری و محاسباتی نقش مهمی ایفا میکند. در این پژوهش با استفاده از محاسبات کوانتمی سطح بالای B3LYP-D3 به بررسی جذب داروی ضد سرطان فلوئورواوراسیل بر روی نانولولههای کربنی آلائیده با پلاتین پرداخته شده است. مقدار انرژی جذب این دارو بر روی نانوحامل مورد نظر برابر -25.83 kcal/mol و فاصلهی پیوندی بین اتم اکسیژن و اتم پلاتین 2.25 Å به دست آمده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که نانولولههای کربنی آلائیده با پلاتین ماده ای مناسب برای تشکیل کمپلکس با داروی فلوئورواوراسیل میباشد.
کلمات کلیدی: رسانش دارو، نانولولهی کربنی، پلاتین، فلوئورواوراسیل، DFT
.1 مقدمه
یکی از چالش های اصلی علم روز، توزیع دارو در بدن به گونه ای است که کمترین آسیب به سایر بافت ها و بیشترین اثرگذاری در بافت مورد نظر حاصل شود. در این راستا، مهندسی سیستم های دارو رسانی نوین با تکیه بر علوم مختلف از جمله داروسازی، زیست شناسی، شیمی، آنالیز ریاضی و ...، همچین بر پایه ی فناوری نانو گام های مهمی را در جهت اجرای این هدف برداشته است .[1] سیستم های رسانش داروئی عبارتست از رساندن دارو در زمان معین و با دوز کنترل شده به اهداف خاص در بدن فرد مبتلا به بیماری. در این سیستم باید بطور موثری قابلیت تنظیم سرعت جذب،متابولیسم و دفع دارو و دیگر مواد در بدن را داشته باشد .[2]یکی از مهم ترین موانع بر سر راه دارو رسانی به مغز وجود سیستم "مانع خونی-مغزی" * است که با به کار گیری نانوذرات می توان آن را پشت سر گذاشت و دارو را به نقطهی اثر هدایت کرد . [3] سیستم های دارو رسانی نانوذره ای نسبت به سایر سیستم های ذره ای نفوذ بهتری در داخل بدن دارند. اندازه آن ها این اجازه را میدهد که از طریق وریدی، عضلانی و زیر جلدی مصرف شوند و تحریک کمتری در محل تزریق ایجاد کنند. همچنین از این نانوذرات جهت محافظت دارو و عدم دارورسانی به بافت هایی که مورد نظر نیستند نیز میتوان استفاده کرد. نانوذرات مورد استفاده در حمل دارو باید علاوه بر تامین قابلیت های ذکر شده برای اهداف دارویی و به اتمام رساندن ماموریت در بدن فرد بیمار خود به عنوان یک عامل اغتشاش در بدن فرد شناخته نشود. از این رو نانوذرات حامل دارو باید دارای اثر غیر سمی برای بدن باشند بتوانند از بدن دفع شوند یا به صورت زیستسازگار در بدن باقی بمانند .[4] از میان راهکار های نانوفناوری مورد استفاده در پزشکی میتوان از نانوذرات متعددی با قابلیت های متعدد نام برد که از جمله میتوان به نانولوله های کربنی [5] اشاره کرد. این نانوساختار ها به جهت بهره گیری از ویژگی های منحصر به فرد فیزیکی و شیمیایی بالقوه، قابلیت های خوبی برای استفاده در کاربردهای زیستی از جمله دارورسانی از خود نشان میدهند .[6] داروی فلورواوراسیل که یک پریمیدین فلوئور دار شده است متعلق به گروهی از داروهای شناخته شده به عنوان آنتی بیوتیک ها میباشد و یک داروی ضد سرطان است که از رشد و گسترش سلول های سرطانی در بدن جلوگیری میکند. از این دارو برای درمان گستره ی وسیعی از سرطان ها از جمله سرطان روده ی بزرگ، سرطان سینه ، معده ، پانکراس و ...استفاده میشود. از آنجا که تزریق مستقیم این دارو، عوارض جانبی بسیاری از جمله آسیب به سیستم عصبی را دارا می-باشد ، بررسی امکان رهایش کنترل شده ی آن بوسیله ی نانوذرات اهمیت بسزایی یافته است .[7] محاسبات اتمی با استفاده از نظریه تابع چگالی رهیافتی مناسب و کم هزینه نسبت به سیر طویل آزمایشهای عملی برای تحقیق در توانایی نانوذرات برای کاربردهای مختلف به خصوص قابلیت حمل دارو میباشد. تاکنون نیز مطالعاتی در زمینهی شناخت خواص الکترونی پلاتین دوپ شده بر روی نانولوله کربنی [8]، مقایسهی توانایی نانوذرات دیگر همچون فولرین با نانولولهها برای نیل به هدف دارو رسانی انجام شده است .[9]در تحقیق حاضر سعی شده است نسبت به بررسی قابلیت نانولوله های کربنی برای ایفای نقش حامل دارو اقدام گردد و اثرات احتمالی دوپ کردن فلز واسطهی پلاتین بر روی نانولوله کربنی و مشاهده-ی تغییر ایجاد شده در کمپلکس نهایی بین دارو و نانوذره حامل آن مورد مطالعه قرار گیرد.
2. روش محاسباتی
محاسبات ساختار الکترونیکی، مختصاتی و انرژی برای همهی سیستمهای مولکولی با استفاده از روش DFT-B3LYP و توسط نرم افزار ORCA انجام شده است. این روش به دلیل کاهش هزینه های محاسباتی برای بررسی ساختار الکترونیکی بسیار مناسب میباشد. روش DFT-B3LYP با ترکیب توابع تبادلی سه پارامتری بک و توابع همبستگی لی، یانگ و پار به دست آمده است. برای محاسبهی ساختار بهینهی ترکیبات مورد نظر از توابع پایهی SVP و مجموعه توابع def2-TZVP برای به دست آوردن انرژی تک نقطه سیستمها استفاده شده تا خواص مولکولی و اوربیتالی به صورت دقیق به دست آیند . روش Grimme که اصطلاحا به DFT-D3 معروف است برای در نظر گرفتن تصحیحات ضرایب پراکندگی برای بر هم کنشهای برد بلند واندروالس (vdW) مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج تحقیقات نشان داده است که این روش، همخوانی مناسبی با روشهای BLYP و B3LYP دارد. تابع B3LYP به همراه تصحیحات توزیع غیر موضعی واندروالسی با عنوان B3LYP-D3 معروف میباشد. در تحقیق حاضر خواص مولکولها با استفاده از مدل B3LYP-D3/def2-TZVP مورد بررسی قرار میگیرند. تکنیک استفاده از بار موثر هسته نیز با استفاده از روش ECP برای پلاتین استفاده شده است. تحلیل جمعیت بار، با استفاده از روش Mulliken انجام شده است. اعتبار نتایج بدست آمده با استفاده از این روش محاسباتی و توافق آنها با داده های تجربی برای سیستمهای مولکولی مشابه در کارهای دیگر گزارش شده است .[11 ,10] انرژی جذب با استفاده از معادله1 با تصحیح خطای ناشی از کامل نبودن توابع مورد استفاده برای هریک از مولکولها محاسبه شد.
