Θεωρητική μελέτη της αλληλεπίδρασης αντι-καρκινικών φαρμάκων με νανοπορώδη υλικά
Authors: Κοτζαμπασάκη Μαριάννα 
Published: September 2021

Ο καρκίνος αποτελεί παγκόσμια απειλή για τη δημόσια υγεία, σύμφωνα με τον Παγκόσμιο Οργανισμό Υγείας, ο οποίος αναφέρει ότι ο αριθμός των νέων περιστατικών καρκίνου θα φτάσει τα 24 εκατομμύρια ετησίως έως το 2035.Μεγάλη ποικιλία χημειοθεραπευτικών φαρμάκων χρησιμοποιούνται ευρέως στη φαρμακοβιομηχανία, και ιδιαίτερα γνωστά είναι η βουσουλφάνη, ηδοξορουβικίνη, η 5-φθοροουρακίλη, η πακλιταξέλη, η σισπλατίνη, ηγεμσιταμπίνη, η ιματινίμπη, η ταμοξιφαίνη, η μεθοτρεξάτη και πολλά άλλα. Οι διάφορες μέχρι τώρα χημειοθεραπείες περιορίζονται από τη μη εξειδίκευσή τους έναντι των καρκινικών κυττάρων, οδηγώντας έτσι σε υψηλές δόσεις, ταχεία κάθαρση, κακή φαρμακοκινητική και σοβαρές παρενέργειες.Ο σχεδιασμός νέων νάνο-συστημάτων χορήγησης αντικαρκινικών φαρμάκων έφερε νέα ελπίδα στην καταπολέμηση του καρκίνου, μειώνοντας αισθητά τις παρενέργειες των συμβατικών χημειοθεραπειών αλλά και βελτιώνοντας ταυτόχρονα την αποτελεσματικότητά τους. Πρόσφατα, τα πορώδη μέταλλο-οργανικά σκελετικά υλικά (Μetal-Organic-Frameworks, MOFs) έχουν προταθεί ως προσοδοφόροι νάνο-φορείς για τη μεταφορά αντικαρκινικών φαρμάκων, καθώς πολλά από αυτά παρουσιάζουν χαμηλή τοξικότητα, βιοσυμβατότητα και βιοαποικοδομησιμότητα, μεγάλη ειδική επιφάνεια και μεγάλο όγκο πόρων, καθώς και δυνατότητα μεγάλης αποθήκευσης και ελεγχόμενης αποδέσμευσης φαρμάκου. Σε αυτήν την μελέτη, εφαρμόσαμε διάφορες υπολογιστικές τεχνικές για να μελετήσουμε την αποθήκευση/μεταφορά αντικαρκινικών φαρμάκων σε MOFs.Οι υπολογιστικές προσομοιώσεις εξασφαλίζουν την εις βάθος κατανόηση των μηχανισμών προσρόφησης και διάχυσης φαρμάκων σε πορώδεις νανοδομές σε ατομικό επίπεδο, συμβάλλοντας έτσι στην ανάπτυξη νέων συστημάτων χορήγησης φαρμάκων με ελεγχόμενη αποδέσμευση και καλύτερο θεραπευτικό αποτέλεσμα. Ειδικότερα εφαρμόσαμε τη μεθοδολογία πολλαπλής κλίμακας, αποτελούμενη από υπολογισμούς DFT και προσομοιώσεις GCMC/MD, για να μελετήσουμε την προσρόφηση και διάχυση του αντικαρκινικού φαρμάκου Γεμσιταμπίνηςxx(GEM), σε υλικά τύπου IRMOFs. Tα αποτελέσματά μας έδειξαν ικανοποιητικές ενέργειες αλληλεπίδρασης φαρμάκου/ΜΟF έτσι ώστε το φάρμακο ναι μεν να μπορεί να προσροφηθεί ισχυρά στα host-MOFs, αλλά και να μπορεί να αποδεσμευτεί σταδιακά από αυτά. Παρατηρήθηκαν μεγάλα ποσοστά φόρτωσης του φαρμάκου για όλα τα υπό-μελέτη υλικά ξεπερνώντας ακόμα και δέκα φορές την ποσότητα αποθήκευσης της GEM σε άλλα συμβατικά υλικά.Tέλος, εξετάστηκε η κινητικότητα της GEM μέσα στους πόρους των IRMOFsκαι η υπολογισμοί μας αποκάλυψαν αργή απελευθέρωση του φαρμάκου από τα υπό εξέταση υλικά, μειώνοντας έτσι τις παρενέργειες και βελτιώνοντας σημαντικά το προσδόκιμο ζωής των ασθενών που πάσχουν από καρκίνο. Η μελέτη μας υπογραμμίζει ότι η μοριακή συμπεριφορά του φαρμάκου μέσα στα νανοπορώδη υλικά, παίζει σημαντικό ρόλο στην αποθήκευση και απελευθέρωση του φαρμάκου από αυτά. Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι όλα τα υπό μελέτη IRMOFs αποτελούν ελπιδοφόρους νανοφορείς για τη χορήγηση της GEM και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν εναλλακτικές λύσεις έναντι των συμβατικών συστημάτων μεταφοράς και έτσι προτείνεται περαιτέρω πειραματική μελέτη που θα επιβεβαιώσει τα ευρήματά μας.