Scientific Journal of Kurdistan University of Medical Sciences

fa بررسی تاثیر نوع و غلظت گروه‌های عاملی بر میزان جذب مولکولی داروی پاکلی‌تاکسول بر روی سطح اکسید گرافن با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکول 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 عمومى General پژوهشي اصیل Original Research زمینه و هدف: پاکلیتاکسول (PTX) یکی از داروهای شناخته شده است، که به طور گسترده در شیمی درمانی طیف وسیعی از زمینه و هدف: پاکلیتاکسول (Packlitaxol) یکی از داروهای شناخته شده است، که به طور گسترده در شیمی درمانی طیف وسیعی از سرطان ها مورد استفاده قرار گرفته است. اخیرا، سیستم های تحویل دارو که اغلب از مواد نانو با دقت بالا میباشند برای بهبود سرطان، مورد بررسی قرار گرفته اند. نانوساختار گرافن و مشتقات آن، (به عنوان مثال، گرافن اکسید (Graphene Oxide))، بدلیل سطح ویژه آنها، از نامزدهای بالقوه برای کاربردهای بیولوژیکی مانند تحویل دارو، به شمار میروند. از طرفی به علت آب گریزی گرافن، این نانوساختار در آب پخش نمیشود. با توجه به آب دوست بودن گروه های عاملی حاوی اکسیژن، ، لذا به منظور کاهش خاصیت آب گریزی گرافن، اضافه نمودن این نوع ازگروه های عاملی، مانند گروههای عاملی اپوکسی (GO-O) و هیدروکسیلی (GO-OH)  که میتوانند موجب کاهش آب گریزی نانوساختارهای کربنی شوند، مورد توجه قرار گرفته است.  بنابراین در این مطالعه، جذب مولکولی داروی پاکلی تاکسول بر روی اکسید گرافن حاوی گروههای عاملی اپوکسی و هیدروکسیلی   در محیط آبی و اثر نوع و غلظت این نوع از گروههای عاملی بر جذب دارو مورد بررسی قرار میگیرد. روش بررسی: از شبیه سازی دینامیک مولکولی  (MD)برای نشان دادن تأثیر نوع و تعداد یا غلظت گروههای عاملی بر جذب مولکول پاکلیتاکسول  ، انرژی جذب، و محاسبه میانگین فاصله مولکول دارو از سطح استفاده شد. شبیه سازی با استفاده از بسته نرم افزاری لمپس (Lammps) انجام شد. یافته ها: نتایج نشان میدهد، هنگامی که تعداد گروه های عاملی پوشش دهنده سطح اکسید گرافن از یک مقدار بحرانی (18%) بیشتر شود، اتم های با بار جزئی یکسان در GO-OH  بیشتر از GO-O بوده، لذا با افزایش نیروهای دافعه، فاصله مولکول به علت تنشهای سطحی ایجاد شده در GO-OH بیشتر میشود. علاوه بر این، تغییر شکل سطح منجر به افزایش فاصله PTX-GO خواهد شد. نتیجه گیری: یافتههای ما نشان میدهد که نوع گروه های عاملی موثر بر جذب مولکولی داروی پاکلی تاکسول بر روی سطح GO، در دارو رسانی باید در نظر گرفته شود. علاوه بر این، اثر غلظت (نسبت تعداد اتمهای کربن متصل به گروه عاملی بر تعداد کل اتمهای کربن گرافن) بحرانی گروه های عاملی را میتوان در کاربردهای پزشکی مانند تحویل دارو مورد توجه قرار داد. کلیدواژه ها: مولکول پاکلی تاکسول، اکسید گرافن، گروههای عاملی، جذب، دینامیک مولکولی. 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. مولکول PTX, اکسید گرافن, گروه‌های عاملی, جذب, دینامیک مولکولی PTX molecule, graphene oxide, functional groups, adsorption, molecular dynamics 138 148 http://sjku.muk.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-3874-1&slc_lang=fa&sid=1 Mehran Yarahmadi مهران یاراحمدی Yarahmadi.mp@gmail.com 5400319475328460029926 5400319475328460029926 No Assistant Professor of Medical Physics, Department of Medical Physics, Kurdistan University of Medical Sciences, Sanandaj, Iran. استادیار فیزیک پزشکی، گروه فیزیک پزشکی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی کردستان، سنندج، ایران. Sadollah Ebrahimi سعداله ابراهیمی sa.ebrahimi@gmail.com 5400319475328460029927 5400319475328460029927 Yes Assistant Professor of Physics, Department of Physics, Faculty Science, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran. استادیار فیزیک، گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران