Validação de uma abordagem de simulação MD para micelas responsivas a campos elétricos e sua aplicação na entrega de medicamentos

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 2665 (2023) Citar este artigo

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No presente trabalho, é projetado um novo tipo de micela que possui conectividade ativa em resposta a estímulos externos e à solubilidade em água desejada. Dois homopolímeros ornamentados nas extremidades, poliestireno-beta-ciclodextrina (PS-β-CD) e óxido de polietileno-ferroceno (PE-FE), podem agregar-se como uma micela supramolecular (PS-β-CD/PE-FE) pelo convidado– interações do hospedeiro. Nossos resultados mostraram que as interações Lennard-Jones e hidrofóbicas são as principais forças poderosas para o processo de formação de micelas. Verificou-se que o campo elétrico desempenha um papel como força motriz na montagem-desmontagem reversível do sistema micelar. Além disso, pela primeira vez, examinamos a interação da micela PS-β-CD / PE-FE como um sistema de administração de drogas com drogas anticâncer anastrozol (ANS) e mitomicina C (MIC). A investigação da energia total entre a micela PS-β-CD/PE-FE e os fármacos prediz o processo de adsorção do fármaco como favorável (Etotal = - 638,67 e - 259,80 kJ/mol para os complexos Micelle@ANS e Micelle@MIC, respectivamente) . Nossos resultados oferecem uma compreensão profunda do processo de formação de micelas, da resposta ao campo elétrico e dos comportamentos de adsorção de drogas da micela. Este estudo de simulação foi realizado empregando cálculo clássico de dinâmica molecular.

Hoje em dia, sistemas modernos em nanoescala para aplicações em nanomedicina, especialmente no campo da distribuição de medicamentos, têm recebido muita atenção. A eficácia dos medicamentos anticâncer é frequentemente reduzida pela distribuição indevida nas células e tecidos; alguns desses medicamentos são rapidamente metabolizados ou excretados do corpo. Portanto, é essencial usar nanotransportadores que atinjam corretamente os locais doentes do corpo. Devido ao notável progresso na ciência de materiais e produtos farmacêuticos, uma grande variedade de nanotransportadores com diferentes tamanhos, arquiteturas e propriedades de superfície tem sido utilizada. Dentre essas nanopartículas poliméricas, podem ser citadas estruturas de óxido metálico, dendrímeros, lipossomas e micelas . Combinar fármacos em conjuntos micelares é uma forma adequada de aumentar seu índice terapêutico e solubilidade3,4. Os resultados experimentais obtidos esclarecem que a otimização da função e estrutura das micelas poliméricas fornece uma boa fórmula para o desenvolvimento de dispositivos supramoleculares sensíveis ao ambiente intracelular para aplicações terapêuticas do câncer e tratamento do câncer resistente com vasculatura limitada. O tamanho relativamente pequeno e a possibilidade de produzir micelas em grande escala são suas duas vantagens incomparáveis ​​em comparação com outras estratégias de administração de medicamentos. Assim, o sistema micelar com um tamanho pequeno poderia melhorar substancialmente o desempenho das moléculas de fármaco encapsuladas no corpo. Isto permite a formulação simples de medicamentos e facilidade de fabricação; outros sistemas avançados de distribuição de medicamentos (DDSs) são complicados de preparar e têm problemas inerentes que dificultam a sua produção em larga escala de forma estável e consistente. Estas duas vantagens das micelas estimularam a sua aceitação como tecnologia de formulação de medicamentos de primeira linha5,6.

O anastrozol (ANS, Fig. S1A) é um medicamento anticancerígeno bem conhecido no tratamento do câncer de mama7,8,9. ANS é um inibidor da aromatase que diminui os níveis gerais de estrogênio e também bloqueia a conversão de andrógenos em estrogênio. Os efeitos colaterais graves do medicamento ANC incluem hipertensão, ondas de calor, falta de circulação, etc.10,11.

A mitomicina C (MIC, Fig. S1B) é um fator alquilante de DNA que tem recebido ampla consideração em diferentes áreas de pesquisa de doenças, particularmente no tratamento do câncer . Clinicamente, tem sido utilizado para o tratamento de diversos tipos de câncer, como câncer colorretal, câncer de pulmão, câncer de pâncreas, carcinoma gástrico, etc.15. Embora a MIC apresente excelente efeito antitumoral, sua administração intravenosa deve ser conduzida com atenção para evitar vazamento extravascular no local da injeção. Além disso, o local do cateter deve ser monitorado atentamente para evitar possível necrose devido à alta toxicidade causada pela capacidade inespecífica de alquilação do DNA. Todas estas deficiências limitam grandemente a utilização adicional de ANC e MIC no tratamento do cancro. Portanto, neste estudo, propusemos um DDS apropriado para prevalecer sobre tais restrições. A biodisponibilidade dos fármacos refere-se à extensão e velocidade com que o fármaco activo entra na circulação sistémica, acedendo assim ao local de acção, e depende em parte da sua concepção e fabrico. A baixa biodisponibilidade dos medicamentos é atribuída principalmente à fraca solubilidade aquosa/lipídica e à baixa permeabilidade da membrana plasmática16,17.