مطالعه خواص ترمودینامیکی و خواص الکترونی برهمکنش داروی پنتوپرازول با پلیمر PLGA به عنوان حامل دارو

کد مقاله : 1051-IACC7

نویسندگان

سیما اسمعیل‌پور *1، صادق افشاری2 10 2دانشگاه دامغان

چکیده مقاله

مقدمه رفلاکس معده به مری یک اختلال شایع در بزرگسالان و کودکان است. شیوع جهانی این اختلال در حال افزایش است. رفلاکس معده به مری ممکن است با شکل‌های مختلف غیر معمول و خارج از مری نیز ظاهر شود[1]. پنتوپرازول (Panta) یکی از اولین داروهای PPI است که هم به صورت خوراکی و هم به صورت داخل وریدی موجود است. مهارکننده‌های پمپ پروتون (PPIs)، یکی از رایج‌ترین دسته‌های دارویی برای کنترل اختلالات ترشح اسید معده است. از این دارو برای درمان زخم معده، درمان کوتاه مدت ازوفاژیت فرسایشی ناشی از بیماری ریفلاکس معده (GERD) استفاده می شود [2]. توسعه سیستم‌های دارو رسانی جدید و کارآمد، اهمیت بنیادی برای بهبود مشخصات فارماکولوژیکی بسیاری از مولکول‌های درمانی دارد [3]. هدف این سیستم‌های دارو رسانی در درجه اول افزایش ویژگی، بهبود فعالیت، کاهش سمیت و به حداکثر رساندن ایمنی درمانی است [4]. پلی (لاکتیک-کو-گلیکولیک) اسید (PLGA) یک کوپلیمر پلی استر آلیفاتیک زیست تخریب پذیر است که برای اولین بار در اوایل دهه 1970 برای اهداف زیست پزشکی استفاده شد. این دارو قبلاً توسط سازمان غذا و دارو (FDA) تأیید شده است. این تایید، همراه با زیست سازگاری و زیست تخریب پذیری آن، PLGA را به یکی از پرمصرف ترین پلیمرهای مصنوعی در حوزه زیست پزشکی و دارو رسانی تبدیل می کند [5]. در این مطالعه، ما تحقیقات دقیق خود را در مورد توانایی PLGA برای جذب Panta به عنوان یک حامل دارویی با استفاده از محاسبات DFT در فاز گاز مورد مطالعه قرار دادیم. بنابراین، بررسی جامعی بر روی انرژی‌ اتصال، گشتاور دوقطبی، شکاف انرژی و اوربیتال‌های مولکولی مرزی با استفاده از روش محاسبات مکانیک کوانتومی بر اساس نظریه تابعی چگالی(DFT) مورد مطالعه قرار می‌گیرد. بخش نظری: فرآیند برهمکنش داروی Panta با PLGA به روش محاسبات مکانیک کوانتومی در سطح نظری B3LYP و مجموعه پایه 6-31 G(d,p) در فاز گازی انجام شد. ساختار تمام مولکول‌ها با استفاده از برنامه Gaussview 6.0 رسم شده و برای تمام محاسبات از برنامه Gaussian 09W استفاده گردید. همچنین محاسبات فرکانس نیز با سطح محاسباتی یکسان، برای تعیین فرکانس‌های هارمونیک و محاسبه توابع ترمودینامیکی انجام شد. یافته‌ها: بررسی خواص ترمودینامیکی در این مطالعه، مقادیرانرژی اتصال و ویژگی‌های ترمودینامیکی داروی Panta در برهمکنش با حامل دارویی PLGA طبق معادلات (1تا4) محاسبه شد و در جدول (1) آورده شده‌است. پیکربندی برهمکنش دارو با حامل دارویی در شکل (1) نشان داده شده است. شکل (1) ساختارهای بهینه ترکیبات Panto، PLGA و COMPLEX A (2) ∆G= ∆G Panta / PLGA - (∆G Panta+∆G PLGA) (1) Ebin=EPanta /PLGA - (EPanta+EPLGA) (4) ∆E= ∆E Panta / PLGA - (∆E Panta+∆E PLGA) (3) ∆H= ∆H Panta / PLGA - (∆H Panta+∆H PLGA) جدول 1. مقادیر برخی از خواص ترمودینامیکی ترکیب Complex A Ebin(kcal/mol) ∆G(kcal/mol) ∆H(kcal/mol) ∆E(kcal/mol) -20.195 -5.326 -19.093 -18.501 Complex A نتایج جدول (1) نشان میدهد که در پیکربندیComplex A داروی Panta از طریق گروه‌های S=O و NH به ترتیب با گروه هیدروکسیل (OH) و اتم O حامل دارویی PLGA برهمکنش داده‌اند. مقدار انرژی اتصال این برهمکنش برابر با 20.195- کیلوکالری بر مول است. مقدار منفی انرژی اتصال نشان‌دهنده پایداری این ترکیب می‌باشد. همچنین از جدول (1) مشهود است که سطح انرژی مولکول بعد از برهمکنش دارو با حامل دارویی PLGA، پیکربندی Complex A با کاهش انرژی همراه بوده که سبب افزایش پایداری Complex A شده است. مقادیر منفی آنتالپی و انرژی آزاد گیبس نشان می‌دهد که این برهمکنش یک فرآیند گرمازا و خودبه خود است. همچنین این مقادیر منفی نشان دهنده‌ی کاهش ناپایداری Complex A است. بررسی خواص الکترونی اوربیتال‌های مولکولی مرزی (HOMO-LUMO) که ویژگی‌های جذب الکترونی را توصیف می‌کنند برای مطالعه ویژگی‌های فیزیکوشیمیایی داروی Panta و حامل دارویی PLGA مورد استفاده قرار گرفتند. همچنین به اختلاف بین سطح انرژی اوربیتال‌های HOMO و LUMO گپ انرژی گفته می شود. این گپ انرژی نقش مهمی در نحوه انتقالات الکترونی و همچنین واکنش پذیری در مولکول‌ها دارد. مقادیر انرژی اوربیتال‌های HOMO،LUMO ، گپ انرژی و برخی از توصیف‌گرهای الکترونی و گشتاور دوقطبی در جدول 2 مشهود است. جدول 2. مقادیر خواص الکترونی و برخی از توصبف کننده‌های الکترونی برای ترکیبات Panto، PLGA و Complex A DM(Debay) 𝝎(ev) S(ev)-1 η(ev) μ(ev) A(ev) I(ev) Eg (ev) LUMO(ev) HOMO(ev) 7.781 16.476 1.250 2.500 -3.630 1.130 6.131 5.001 -1.130 -6.131 Panto 2.918 25.978 1.868 3.735 -3.72 -0.006 7.465 7.471 0.006 -7.465 PLGA 12.235 17.103 1.210 2.420 -3.75 1.339 6.180 4.840 -1.339 -6.180 Complex A داده‌های جدول (2) نشان می‌دهد که مقادیر HOMO برای Panta و PLGA به ترتیب 6.131- و 7.465- الکترون ولت هستند، اما بعد از برهمکنش دارو با PLGA، مقدار HOMO کاهش می‌یابد. با توجه به ارتباط مقادیر انرژی اوربیتال‌های HOMO با مقادیر پتانسیل یونش (I)، نتایج به ما نشان می‌دهد با کاهش سطح انرژی HOMO، جدا کردن الکترون ظرفیتی از Complex A به سختی انجام می‌گیرد. همچنین مشهود است که بعد از برهمکنش دارو با حامل دارویی، مقدار LUMO ترکیب Complex A نسبت به دارو و حامل دارویی کاهش یافته است. با توجه به ارتباط اوربیتال‌های LUMO با مقادیر میل الکترونی مشخص می‌شود که با کاهش سطح LUMO در Complex A، مقدار میل الکترونی این ترکیب افزایش می‌یابد. این موضوع، میزان واکنش پذیری این ترکیب در واکنش‌های الکتروفیلی را نشان می‌دهد. همچنین در جدول (2) مشاهده می‌شود که PLGA دارای مقدار گپ انرژی بزرگی است که یک ویژگی مهم برای این پلیمر است، اما در برهمکنش این حامل دارویی با دارو، گپ انرژی کاهش می‌یابد که می‌توان گفت بر سینتیک انتقال بار تاثیر مثبت می‌گذارد. نتیجه ‌گیری فرآیند برهمکنش داروی Panta با حامل دارویی PLGA با استفاده از محاسبات مکانیک کوانتومی به روش DFT در سطح نظری B3LYP/6-31 G(d,p) در فاز گازی انجام شد. نتایج بدست آمده از ویژگی‌های ترمودینامیکی و انرژی اتصال و همچنین خواص الکترونی در فاز گازی نشان داد که برهمکنش داروی Panta با حامل دارویی پایدار بوده و یک برهمکنش گرما زا و خود به خود است. همچین این برهمکنش منجر به کاهش گپ انرژی شده است. واژه های کلیدی: پنتوپرازول، رفلاکس معده، حامل دارویی، PLGA، خواص الکترونی، انرژی اتصال

کلیدواژه ها

پنتوپرازول، رفلاکس معده، حامل دارویی، PLGA، خواص الکترونی، انرژی اتصال

وضعیت: چکیده برای ارائه به صورت پوستر پذیرفته شده است