Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Пластун И. Л., Наумов А. А., Захаров А. А. Механизмы межмолекулярного взаимодействия митоксантрона с полиэлектролитными капсулами адресной доставки // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2021. Т. 21, вып. 4. С. 329-342. DOI: 10.18500/1817-3020-2021-21-4-329-342, EDN: WNDQRF

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.11.2021
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 369)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Биофизика и медицинская физика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
539.194:539.196.3:544.174.3
DOI: 
10.18500/1817-3020-2021-21-4-329-342
EDN: 
WNDQRF

Механизмы межмолекулярного взаимодействия митоксантрона с полиэлектролитными капсулами адресной доставки

Авторы: 
Пластун Инна Львовна, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Наумов Анатолий Анатольевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Захаров Александр Алексеевич, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.
Аннотация: 

Методами квантовохимического моделирования на основе теории функционала плотности исследуются механизмы межмолекулярного взаимодействия высокотоксичных лекарственных препаратов с веществами полиэлектролитных капсул адресной доставки. В качестве исследуемых объектов рассматриваются противоопухолевый лекарственный препарат митоксантрон и полимерные полиэлектролитные капсулы, состоящие из полиаргинина и декстран сульфата. Моделирование проводилось на основе расчета молекулярных структур и ИК спектров и анализа параметров образующихся водородных связей. Было обнаружено, что в декстран сульфате создаются слабые водородные связи как с полиаргинином, так и с митоксантроном, а полиаргинин, в свою очередь, образует достаточно сильные водородные связи с митоксантроном. Это дает возможность говорить о существенной роли полиаргинина в качестве вещества, удерживающего митоксантрон в капсуле, а декстран сульфат, скорее всего, является буферным веществом, позволяющим высвобождать лекарство постепенно в ходе распространения.

Ключевые слова: 
митоксантрон
полиаргинин
декстран сульфат
молекулярное моделирование
ИК спектр
теория функционала плотности
водородные связи
Список источников: 
  1. Nanotherapeutics : Drug Delivery Concepts in Nanoscience / ed. by A. Lamprecht. New York : CRC Press, Taylor and Francis Group, 2008. 292 p.
  2. Gupta R. B., Kompella U. B. Nanoparticles Technology for Drug Delivery. New York : Taylor and Francis Group, 2006. 403 p.
  3. Martinho N., Damge C., Reis C. P. Recent Advances in Drug Delivery Systems // Journal of Biomaterials and Nanobiotechnology. 2011. Vol. 2, № 5. P. 510–526. https://dx.doi.org/10.4236/jbnb.2011.225062
  4. Трушина Д. Б., Бурова А. С., Бородина Т. Н., Солдатов М. А., Клочко Т. Ю., Букреева Т. В. Термоиндуцированное сжатие капсул из комплекса «сульфат декстрана/полиаргинин» с магнитными наночастицами в составе оболочки // Коллоидный журнал. 2018. Т. 80, № 6. С. 738–744.
  5. Sergeeva A. S., Gorin D. A., Volodkin D. V. Polyelectrolyte Microcapsule Arrayes : Preparation and Biomedical Applications // BioNanoScience. 2014. Vol. 4. P. 1–14.
  6. Antipina M. N., Kiryukhin M. V., Skirtach A. G., Sukhorukov G. B. Micropackaging via Layer-by-Layer assembly : Microcapsules and microchamber arrays // International Materials Reviews. 2014. Vol. 59. P. 224–244.
  7. Liu W., Wang X., Bai K., Lin M., Sukhorukov G. B., Wang W. Microcapsules functionalized with neuraminidase can enter vascular endothelial cells in vitro // Journal of the Royal Society Interface. 2014. Vol. 11. Article number 20141027. https://dx.doi.org/10.1098/rsif.2014.1027
  8. Kim B. S., Park S. W., Hammond P. T. Hydrogen-bonding layer-by-layer-assembled biodegradable polymeric micelles as drug delivery vehicles from surfaces // ACS Nano. 2008. Vol. 2, № 2. P. 386–392. https://doi.org/10.1021/nn700408z
  9. Shchukin D. G., Patel A. A., Sukhorukov G. B., Lvov Y. M. Nanoassembly of biodegradable microcapsules for DNA encasing // Journal of the American Chemical Society. 2004. Vol. 126, № 11. P. 3374–3375. https://doi.org/10.1021/ja036952x
  10. Navolokin N. A., German S. V., Bucharskaya A. B., Godage O. S., Zuev V. V., Maslyakova G. N., Pyataev N. A., Zamyshliaev P. S., Zharkov M. N., Terentyuk G. S., Gorin D. A., Sukhorukov G. B. Systemic Administration of Polyelectrolyte Microcapsules : Where Do They Accumulate and When? In Vivo and Ex Vivo Study // Nanomaterials. 2018. Vol. 8, № 10. Article number 812. https://doi.org/10.3390/nano8100812
  11. Sindeeva O. A., Verkhovskii R. A., Abdurashitov A. S., Voronin D. V., Gusliakova O. I., Kozlova A. A., Mayorova O. A., Ermakov A. V., Lengert E. V., Navolokin N. A., Tuchin V. V., Gorin D. A., Sukhorukov G. B., Bratashov D. N. Effect of Systemic Polyelectrolyte Microcapsule Administration on the Blood Flow Dynamics of Vital Organs // ACS Biomaterials Science and Engineering. 2020. Vol. 6, № 1. P. 389–397. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.9b01669
  12. Inozemtseva O. A., Voronin D. V., Petrov A. V., Petrov V. V., Lapin S. A., Kozlova A. A., Bratashov D. N., Zakharevich A. M., Gorin D. A. Disruption of Polymer and Composite Microcapsule Shells under High-Intensity Focused Ultrasound // Colloid Journal. 2018. Vol. 80, № 6. P. 771–782. https://doi.org/10.1134/S1061933X19010071
  13. Kopach O., Pavlov A. M., Sindeeva O. A., Sukhorukov G. B., Rusakov D. A. Biodegradable Microcapsules Loaded with Nerve Growth Factor Enable Neurite Guidance and Synapse Formation // Pharmaceutics. 2021. Vol. 13. Article nimber 25. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics13010025
  14. Prikhozhdenko E. S., Gusliakova O. I., Kulikov O. A., Mayorova O. A., Shushunova N. A., Abdurashitov A. S., Bratashov D. N., Pyataev N. A., Tuchin V. V., Gorin D. A., Sukhorukov G. B., Sindeeva O. A. Target delivery of drug carriers in mice kidney glomeruli via renal artery. Balance between efficiency and safety // Journal of Controlled Release. 2021. Vol. 329. P. 175–190. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2020.11.051
  15. Bruni R., Possenti P., Bordignon C., Li M., Ordanini S., Messa P. Ultrasmall polymeric nanocarriers for drug delivery to podocytes in kidney glomerulus // Journal of Controlled Release. 2017. Vol. 255. P. 94–107. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2017.04.005
  16. Enache M., Toader A. M., Enache M. I. Mitoxantrone-Surfactant Interactions : A Physicochemical Overview // Molecules. 2016. Vol. 21, № 10. Article number 1356. https://doi.org/10.3390/molecules21101356
  17. Nieth C., Lage H. Induction of the ABC-Transporters Mdr1/P-gp (Abcb1), Mrp1 (Abcc1), and Bcrp (Abcg2) during establishment of multidrug resistance following exposure to mitoxantrone // Journal of Chemotherapy. 2005. Vol. 17, № 2. P. 215–223. https://doi.org/10.1179/joc.2005.17.2.215
  18. Кон В. Электронная структура вещества – волновые функции и функционалы плотности // Успехи физических наук. 2002. Т. 172, № 3. С. 336–348.
  19. Becke A. D. Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange // Journal of Chemical Physics. 1993. Vol. 98, № 7. Article number 5648. https://doi.org/10.1063/1.464913
  20. Frisch M. J., Trucks G. W., Schlegel H. B., Scuseria G. E., Robb M. A., Cheeseman J. R., Montgomery J. A., Vreven Jr. T., Kudin K. N., Burant J. C., Millam J. M., Iyengar S. S., Tomasi J., Barone V., Mennucci B., Cossi M., Scalmani G., Rega N., Petersson G. A., Nakatsuji H., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Klene M., Li X., Knox J.E., Hratchian H. P., Cross J. B., Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R. E., Yazyev O., Austin A.J., Cammi R., Pomelli C., Ochterski J. W., Ayala P.Y., Morokuma K., Voth G. A., Salvador P., Dannenberg J. J., Zakrzewski V. G., Dapprich S., Daniels A. D., Strain M. C., Farkas O., Malick D. K., Rabuck A. D., Raghavachari K., Foresman J. B., Ortiz J. V., Cui Q., Baboul A. G., Clifford S., Cioslowski J., Stefanov B. B., Liu G., Liashenko A., Piskorz P., Komaromi I., Martin R. L., Fox D. J., Keith T., Al-Laham M. A., Peng C. Y., Nanayakkara A., Challacombe M., Gill P. M. W., Johnson B., Chen W., Wong W., Gonzalez C., Pople J. A. Gaussian 03, Revision B.03. Gaussian, Inc., Pittsburgh PA, 2003. 302 p.
  21. Avogadro – Free cross-platform molecular editor – Avogadro. Funding for the Avogadro manual was provided by the University of Pittsburgh Department of Chemistry. Pittsburgh, Pensylvania, 2015. URL: https://avogadro.cc/ (дата обращения: 10.10.2021).
  22. Программа графической визуализации результатов численного моделирования на основе методов квантовой механики : св-во о гос. регистрации программы для ЭВМ 2015616290 Рос. Федерация / А. Н. Бокарев, И. Л. Пластун ; правообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.» (СГТУ имени Гагарина Ю. А.). № 2015612953 ; заявл. 13.04.15 ; зарегистр. 05.06.15, Бюл. № 1. 1 с.
  23. Plastun I. L., Bokarev A. N., Zakharov A. A., Naumov A. A. Supramolecular interaction of modificated nanodiamonds, biomolecules and drugs : Molecular modeling // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2020. Vol. 28, № 3. P. 183–190. https://doi.org/10.1080/1536383X.2019.1686618
  24. Toh T. B., Lee D.-K., Hou W., Abdullah L. N., Nguyen J., Ho D., Chow E. K.-H. Nanodiamond–Mitoxantrone Complexes Enhance Drug Retention in Chemoresistant Breast Cancer Cells // Molecular Pharmaceutics. 2014. Vol. 11, № 8. P. 2683−2691. https://doi.org/10.1021/mp5001108
  25. SpectraBase. URL: https://spectrabase.com/spectrum/1at2yD3X1YB (дата обращения: 26.08.2021).
  26. SpectraBase. URL: https://spectrabase.com/spectrum/1E2d4WwETI5 (дата обращения: 26.08.2021).
  27. Иогансен А. В. Инфракрасная спектроскопия и спектральное определение энергии водородной связи // Водородная связь / отв. ред. Н. Д. Соколов. М. : Наука, 1981. C. 112–155.
  28. Бабков Л. М., Пучковская Г. А., Макаренко С. П., Гаврилко Т. А. ИК спектроскопия молекулярных кристаллов с водородными связями. Киев : Наукова думка, 1989. 160 с.
  29. Стид Дж. В., Этвуд Дж. Л. Супрамолекулярная химия : в 2 т. М. : Академкнига, 2007. Т. 1. 479 с.
Поступила в редакцию: 
17.08.2021
Принята к публикации: 
15.10.2021
Опубликована: 
30.11.2021
  • 1200 просмотров