Validazione di un approccio di simulazione MD per micelle sensibili al campo elettrico e loro applicazione nella somministrazione di farmaci

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 2665 (2023) Citare questo articolo

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Nel lavoro attuale viene progettato un nuovo tipo di micella che ha connettività attiva in risposta agli stimoli esterni e alla solubilità in acqua desiderata. Due omopolimeri con ornamenti terminali, la polistirene-beta-ciclodestrina (PS-β-CD) e il polietilene ossido-ferrocene (PE-FE), possono aggregarsi come una micella supramolecolare (PS-β-CD/PE-FE) dall'ospite- interazioni dell'ospite. I nostri risultati hanno mostrato che le interazioni Lennard-Jones e idrofobiche sono le principali forze potenti per il processo di formazione delle micelle. Si è scoperto che il campo elettrico svolge un ruolo di forza motrice nel montaggio-smontaggio reversibile del sistema micellare. Inoltre, per la prima volta, abbiamo esaminato l’interazione delle micelle PS-β-CD/PE-FE come sistema di somministrazione di farmaci con farmaci antitumorali anastrozolo (ANS) e mitomicina C (MIC). L'analisi dell'energia totale tra la micella PS-β-CD/PE-FE e i farmaci prevede che il processo di adsorbimento del farmaco sia favorevole (Etotale = − 638,67 e − 259,80 kJ/mol per i complessi Micelle@ANS e Micelle@MIC, rispettivamente) . I nostri risultati offrono una comprensione approfondita del processo di formazione delle micelle, della risposta del campo elettrico e dei comportamenti di adsorbimento dei farmaci da parte delle micelle. Questo studio di simulazione è stato realizzato utilizzando il calcolo classico della dinamica molecolare.

Al giorno d'oggi, i moderni sistemi su scala nanometrica per applicazioni di nanomedicina, in particolare nel campo della somministrazione di farmaci, hanno ricevuto molta attenzione. L'efficacia dei farmaci antitumorali è spesso ridotta dalla distribuzione non dedicata nelle cellule e nei tessuti; alcuni di questi farmaci vengono rapidamente metabolizzati o escreti dall'organismo. Pertanto, è essenziale utilizzare nano-vettori che colpiscano correttamente i siti malati nel corpo. Grazie ai notevoli progressi nel campo dei materiali scientifici e dei prodotti farmaceutici, è stata utilizzata un'ampia varietà di nano-vettori con dimensioni, architetture e proprietà superficiali diverse. Tra queste nanoparticelle polimeriche si possono menzionare strutture di ossido metallico, dendrimeri, liposomi e micelle1,2. La combinazione di farmaci in complessi micellari è un modo appropriato per aumentarne l'indice terapeutico e la solubilità3,4. I risultati sperimentali ottenuti evidenziano che l'ottimizzazione della funzione e della struttura delle micelle polimeriche fornisce una buona formula per lo sviluppo di dispositivi supramolecolari sensibili all'ambiente intracellulare per applicazioni terapeutiche contro il cancro e trattamento del cancro resistente con vascolarizzazione limitata. Le dimensioni relativamente piccole e la possibilità di produrre micelle su larga scala sono i loro due vantaggi ineguagliabili rispetto ad altre strategie di somministrazione di farmaci. Pertanto, il sistema micellare di piccole dimensioni potrebbe migliorare sostanzialmente le prestazioni delle molecole di farmaco incapsulate nel corpo. Ciò consente una semplice formulazione dei farmaci e una facilità di produzione; altri sistemi avanzati di somministrazione di farmaci (DDS) sono complicati da preparare e presentano problemi intrinseci che ne ostacolano la produzione su larga scala in modo stabile e coerente. Questi due vantaggi delle micelle hanno stimolato la loro accettazione come tecnologia di formulazione di farmaci di prima linea5,6.

L'anastrozolo (ANS, Fig. S1A) è un noto farmaco antitumorale utilizzato nel trattamento del cancro al seno7,8,9. L'ANS è un inibitore dell'aromatasi che diminuisce i livelli complessivi di estrogeni, inoltre questo inibitore blocca la conversione degli androgeni in estrogeni. Gli effetti collaterali gravi del farmaco ANC includono pressione alta, vampate di calore, blocco della circolazione, ecc.10,11.

La mitomicina C (MIC, Fig. S1B) è un fattore alchilante del DNA, che ha ricevuto ampia considerazione in diverse aree di ricerca sulle malattie, in particolare nel trattamento del cancro12,13,14. Clinicamente, è stato utilizzato per il trattamento di vari tumori come il cancro del colon-retto, il cancro del polmone, il cancro del pancreas, il carcinoma gastrico, ecc.15. Sebbene la MIC mostri un eccellente effetto antitumorale, la sua somministrazione endovenosa deve essere condotta con attenzione per evitare perdite extravascolari nel sito di iniezione. Inoltre, il sito del catetere deve essere attentamente monitorato per evitare possibili necrosi dovute all'elevata tossicità causata dalla capacità aspecifica di alchilazione del DNA. Tutte queste carenze limitano notevolmente l’ulteriore utilizzo di ANC e MIC nel trattamento del cancro. Pertanto, in questo studio, abbiamo proposto un DDS appropriato per prevalere su tali restrizioni. La biodisponibilità dei farmaci si riferisce alla misura e alla velocità con cui il farmaco attivo entra nella circolazione sistemica, accedendo così al sito d’azione, e dipende in parte dalla sua progettazione e produzione. La scarsa biodisponibilità dei farmaci è principalmente attribuita alla scarsa solubilità acquosa/lipidica e alla bassa permeabilità della membrana plasmatica16,17.