بررسي تاثير نوع و غلظت گروه‌هاي عاملي بر ميزان جذب مولكولي داروي پاكلي‌تاكسول بر روي سطح اكسيد گرافن با استفاده از شبيه سازي ديناميك مولكول

The effect of type and concentration of functional groups on the molecular adsorption of paclitaxel onto graphene oxide in the aqueous environments using molecular dynamics simulations

زمينه و هدف: پاكلي­تاكسول (PTX) يكي از داروهاي شناخته شده است، كه به طور گسترده در شيمي درماني طيف وسيعي از زمينه و هدف: پاكلي­تاكسول (Packlitaxol) يكي از داروهاي شناخته شده است، كه به طور گسترده در شيمي درماني طيف وسيعي از سرطان ها مورد استفاده قرار گرفته است. اخيرا، سيستم هاي تحويل دارو كه اغلب از مواد نانو با دقت بالا مي­باشند براي بهبود سرطان، مورد بررسي قرار گرفته اند. نانوساختار گرافن و مشتقات آن، (به عنوان مثال، گرافن اكسيد (Graphene Oxide))، بدليل سطح ويژه آنها، از نامزدهاي بالقوه براي كاربردهاي بيولوژيكي مانند تحويل دارو، به شمار مي­روند. از طرفي به علت آب گريزي گرافن، اين نانوساختار در آب پخش نمي­شود. با توجه به آب دوست بودن گروه هاي عاملي حاوي اكسيژن، ، لذا به منظور كاهش خاصيت آب گريزي گرافن، اضافه نمودن اين نوع ازگروه هاي عاملي، مانند گروه­هاي عاملي اپوكسي (GO-O) و هيدروكسيلي (GO-OH) كه مي­توانند موجب كاهش آب گريزي نانوساختارهاي كربني شوند، مورد توجه قرار گرفته است. بنابراين در اين مطالعه، جذب مولكولي داروي پاكلي تاكسول بر روي اكسيد گرافن حاوي گروه­هاي عاملي اپوكسي و هيدروكسيلي در محيط آبي و اثر نوع و غلظت اين نوع از گروههاي عاملي بر جذب دارو مورد بررسي قرار مي­گيرد. روش­ بررسي: از شبيه سازي ديناميك مولكولي (MD)براي نشان دادن تأثير نوع و تعداد يا غلظت گروه­هاي عاملي بر جذب مولكول پاكلي­تاكسول ، انرژي جذب، و محاسبه ميانگين فاصله مولكول دارو از سطح استفاده شد. شبيه سازي با استفاده از بسته نرم افزاري لمپس (Lammps) انجام شد. يافته ­ها: نتايج نشان مي­دهد، هنگامي كه تعداد گروه هاي عاملي پوشش دهنده سطح اكسيد گرافن از يك مقدار بحراني (18%) بيشتر شود، اتم هاي با بار جزئي يكسان در GO-OH بيشتر از GO-O بوده، لذا با افزايش نيروهاي دافعه، فاصله مولكول به علت تنشهاي سطحي ايجاد شده در GO-OH بيشتر مي­شود. علاوه بر اين، تغيير شكل سطح منجر به افزايش فاصله PTX-GO خواهد شد. نتيجه­ گيري: يافته­هاي ما نشان مي­دهد كه نوع گروه هاي عاملي موثر بر جذب مولكولي داروي پاكلي تاكسول بر روي سطح GO، در دارو رساني بايد در نظر گرفته شود. علاوه بر اين، اثر غلظت (نسبت تعداد اتمهاي كربن متصل به گروه عاملي بر تعداد كل اتم­هاي كربن گرافن) بحراني گروه هاي عاملي را مي­توان در كاربردهاي پزشكي مانند تحويل دارو مورد توجه قرار داد.

Background and Aim: Paclitaxol (PTX) is one of the famous drugs that has been widely used for chemotherapy of a wide spectrum of cancers. Recently, Background and Aim: Paclitaxol (PTX) is one of the well-known drugs that has been widely used for chemotherapy of a wide spectrum of cancers. Recently, advanced drug delivery systems using nano-carriers with high selectivity have been used for cancer therapy. Graphene nanostructure and its derivatives, i.e., graphene oxide (GO), are promising candidates for biological applications, such as drug delivery, because of their high specific surface areas. Due to hydrophobicity of graphene, it is not easily dispersed in water. Therefore, functional groups are added to it. In this study, we investigated adsorption of paclitaxel (PTX) drug molecule onto graphene oxide (GO) in aqueous environment. Graphene sheets typically decorated with epoxy (GO-O), and hydroxyl (GO-OH) hydrophilic functional groups can reduce apparent hydrophobicity. Materials and Methods: Using molecular dynamics (MD) simulations the influence of the functional groups on adsorption of PTX anticancer drug molecules, adsorption energy, and the average distance of drug molecules from surface were evaluated. Simulations were conducted using the LAMMPS software package. Result: The results showed when the functional groups exceeded the critical value (18%), the number of atoms with the same partial charge in GO-OH system were more than that of GO-O surface. Therefore with an increase in the repulsion forces, the molecule distance became longer due to compressive surface stresses induced in GO-OH system. Furthermore, deformation of surface will result in an increase in the distance of PTX-GO. Conclusion: Our findings suggested that type of functional groups affecting adsorption of paclitaxel on GO surface was important in drug delivery system. Moreover, the critical value of functional groups can have useful medical applications as in drug delivery systems.