抗がん剤のpH応答性吸着・放出におけるスマート機能化TMC-フラーレンナノキャリアの分子的洞察

Molecular insight into the smart functionalized TMC-Fullerene nanocarrier in the pH-responsive adsorption and release of anti-cancer drugs.

• Reza Maleki
• Azadeh Khoshoei
• Ebrahim Ghasemy
• Alimorad Rashidi

抄録

ドキソルビシン(DOX)とパクリタキセル(PAX)は癌治療に広く使用されている。ここでは、スマートドラッグキャリアの開発に向けた取り組みの中で、pH感受性の高い機能化フラーレン担体上でのDOXとPAXのローディングと放出を分子動力学（MD）シミュレーションにより検討した。また、フラーレン担体の機能化剤としてのキトサンポリマーの効果についても検討した。さらに、フラーレン担体をカルボキシル基で官能化し、DOXとPAXの担持性と放出性を向上させた。その結果、DOXはカルボキシル基で官能基化したフラーレンによく吸着し、癌組織においても制御的に放出されることが確認された。また、静電相互作用及びファンデルワールス相互作用の結果から、官能基化フラーレンはPAXと比較してDOXの適切なキャリアとなりうることがわかった。また、トリメチルキトサン(TMC)ポリマーをキャリアに添加することで、PAXとフラーレンのファンデルワールス誘引力が向上し、酸性のpHで時間が経過するとファンデルワールスエネルギーがゼロになり、癌組織におけるPAXの放出が促進されることがわかった。また、官能基化剤として用いたカルボキシル基は、酸性pHではPAXの水素結合数を、中性pHではDOXの水素結合数をそれぞれ増加させることができた。さらに、担体にTMCを添加することで、中性pHにおいてもPAXとフラーレンの水素結合数が有意に増加した。また、酸性pHでは、DOXの方が回転半径の減少が見られ、TMC-フラーレンを添加したDOXの方がより安定なキャリアであることが確認されました。このように、このスマートナノメディシンシステムは、スマートがん治療のための有望な組成物として紹介されています。

The Doxorubicin (DOX) and Paclitaxel (PAX) are widely used for cancer-therapy. Herein, in the efforts devoted to developing smart drug carriers, the loading and releasing of the DOX and PAX on the pH sensitive functionalized Fullerene carrier was investigated by molecular dynamics (MD) simulations. The effects of chitosan polymer as a functionalizing agent of the Fullerene carrier was also studied. In addition, the Fullerene carrier was functionalized with carboxyl groups in order to improve the loading and releasing properties of the DOX and PAX. The results showed the DOX is well adsorbed on Fullerene which was functionalized with carboxyl group and it was released controllably in cancerous tissues. According to the results of the electrostatic and Van der Waals interactions, it was found that the functionalized Fullerene can be a proper carrier for DOX in comparison with PAX. Adding the trimethyl chitosan (TMC) polymer to the carrier could improve the Van der Waals attractions of the PAX and Fullerene which indicates that by passing the time at acidic pH, the Van der Waals energy reaches zero that leads to promote the release of the PAX in cancerous tissues. The carboxyl group which was employed as a functionalizing agent could also increase the number of hydrogen bonds for the PAX and DOX at acidic and neutral pH, respectively. Moreover, a significant rise in the number of hydrogen bonds between the PAX and Fullerene at neutral pH was achieved by adding the TMC to the carrier. A more decrease of gyration radius was obtained for the DOX at acidic pH which confirms that the DOX with TMC-Fullerene is a more stable carrier. So, this smart nanomedicine system is introduced as an promising composition for smart cancer therapy.

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