شبيه‌سازي ديناميك مولكولي دانه‌درشت عبور حامل دارو از غشا سلول

Coarse grain molecular dynamics simulation of drug carrier penetration into cell membrane

با گسترش روزافزون صنعت داروسازي و ساخت داروهايي با عملكرد مشخص، انتقال آن به داخل سلول نيز از اهميت بسيار بالايي برخوردار است. غشا سلول در برابر تركيبات آب دوست غير قابل نفوذ است و مكانيزم هاي انتقال اختصاصي براي نفوذ آن ها مورد نياز است. بنابراين لزوم پيدا كردن راهي براي تسهيل عبور اين داروها از غشا سلول مطرح است. در اين بين پپتايدهاي با قابليت نفوذ به سلول نشان دادند كه مي توانند به عنوان حامل دارو مورد استفاده قرار گيرند چراكه توانايي عبور از غشا بدون نياز به انرژي يا ريسپتور را دارا مي باشند. در اين پروژه به بررسي عبور يكي از اين پپتايدها به نام پنتراتين از غشا سلول توسط شبيه سازي ديناميك مولكولي هدفمند با سرعت ثابت و با استفاده از روش دانه‌درشت مارتيني پرداخته شده است. ابتدا در يك شبيه سازي تعادلي جهت گيري پپتايد طي نزديك شدن و نشستن بر روي غشا بررسي و نشان داده شد كه براي بررسي فرايند نفوذ آن به داخل سلول، نياز به استفاده از ديناميك مولكولي هدفمند است. سد انرژي پيش روي اين پپتايد براي نفوذ به داخل سلول و انتشار آن در داخل غشا بررسي شده است. در اين پژوهش نشان داده مي شود كه تشكيل حفره آب براي نفوذ اين پپتايد به داخل سلول باعث شكسته شدن سد انرژي و عبور آسان آن از غشا سلول مي شود كه با نتايج پژوهش هاي پيشين همخواني دارد. همچنين ميزان سد انرژي براي عبور اين پپتايد از غشا 110 كيلوژول بر مول بدست آمد.

With the increasing development of the pharmaceutical industry and producing drugs with specific performance, its transfer into cells is also of great importance. Cell membranes are effectively impermeable to hydrophilic compounds unless the permeation is facilitated by dedicated transport systems. As a consequence, there is much interest in ?nding ways to facilitate the transport of molecules across cell membranes. Cell-penetrating peptides (CPPs) in particular have shown much promise as potential delivery agents. That have been claimed to penetrate cell membranes in an energy- and receptor-independent manner. In the present investigation, the translocation of PENETRATIN into the cell membrane is carried out applying constant velocity steered molecular dynamics via MARTINI coarse grain approach. In order to study the orientation of peptide as it get closer to the membrane, equilibrium simulation is carried out and it is shown that to investigate the penetration process, steered molecular dynamics simulation must be applied. Energy barrier upon the insertion is calculated and its diffusion in the membrane is considered. It is shown that pore formation phenomenon breaks down the energy barrier and facilitates the translocation process which is in agreement with previous researches. Furthermore, 110 kJ/mol energy barrier is obtained from simulations for this peptide.