Modeling and simulations of functionalized magnetic nanoparticles as drug delivery systems

Διπλωματική Εργασία uoadl:2075240 470 Αναγνώσεις

Μονάδα:
Κατεύθυνση Βιοπληροφορική
Πληροφορική
Ημερομηνία κατάθεσης:
2017-10-30
Έτος εκπόνησης:
2017
Συγγραφέας:
Καραθάνου Κωνσταντίνα
Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Δρ. Ζωή Κούρνια, Ερευνήτρια Γ’, Ίδρυμα Ιατροβιολογικών Ερευνών Ακαδημίας Αθηνών (ΙΙΒΕΑΑ)
Πρωτότυπος Τίτλος:
Modeling and simulations of functionalized magnetic nanoparticles as drug delivery systems
Γλώσσες εργασίας:
Αγγλικά
Μεταφρασμένος τίτλος:
Μοντελοποίηση και προσομοίωση μοριακής δυναμικής μαγνητικών νανοσωματιδίων ως συστημάτων μεταφοράς φαρμάκων
Περίληψη:
Τα νανοσωματίδια (NPs) ως συστήματα μεταφοράς φαρμάκων αφορούν τεχνολογίες μηχανικής για τη στοχευμένη μεταφορά και την ελεγχόμενη απελευθέρωση θεραπευτικών παραγόντων και παρουσιάζουν σημαντική επιστημονική υπόσχεση στη θεραπεία του καρκίνου, όπου χρησιμοποιούνται στη βελτίωση της βιοκατανομής των αντικαρκινικών φαρμάκων. Τα μαγνητικά νανοσωματίδια (MNPs) αποτελούν μια κατηγορία νανοσωματιδίων, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν κάτω από την επίδραση έντασης μαγνητικού πεδίου με σκοπό να φτάσουν στη στοχευμένη περιοχή και να απελευθερώσουν το φάρμακο πιο γρήγορα και πιο αποτελεσματικά. Τέτοια σωματίδια συνήθως αποτελούνται από βιοσυμβατά MNPs οξειδίου του σιδήρου όπως είναι ο μαγνητίτης (Fe3O4) και η οξειδωμένη μορφή του, ο μαγεμίτης (γ-Fe2O3), με κατάλληλη αρχιτεκτονική επιφάνειας και συζευγμένα μόρια/πρωτείνες.
Η πρώτη εκτίμηση σχετικά με την τοξικότητα των MNPs καθώς και της αποτελεσματικής μεταφοράς τους στο κύτταρο, είναι η αλληλεπίδραση του MNP με την κυτταρική μεμβράνη. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, χρησιμοποιήθηκαν υπολογιστικές προσεγγίσεις για την κατασκευή νανοσωματιδίων μαγνητίτη διαφορετικού σχήματος, μεγέθους και χημείας της επιφάνειάς τους. Ακολούθως, προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής εφαρμόστηκαν για τη διερεύνηση της επαφής του MNP με την κυτταρική μεμβράνη, προκειμένου να αποκτηθεί γνώση των φυσικοχημικών ιδιοτήτων που διέπουν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών κατηγοριών MNPs και της μεμβράνης.
Αρχικά, ένας γενικός κώδικας αναπτύχθηκε για την κατασκευή του μοντέλου πυρήνα νανοσωματιδίων δεδομένου μεγέθους και αρχιτεκτονικής επιφάνειας. Tα επίπεδα ανάπτυξης του Fe3O4 κρυστάλλου, τα οποία σχετίζονται με την ελάχιστη ενέργεια επιφάνειας, χρησιμοποιήθηκαν για την επέκταση του μεγέθους και σχήματος του νανοσωματιδίου. Η προσέγγιση αυτή γενικεύτηκε με την ανάπτυξη ενός αλγορίθμου κατασκευής διαφορετικών μορφολογιών κρυστάλλου με βάση τα επίπεδα ανάπτυξης του κρυστάλλου, τους δείκτες Miller και του κρυσταλλικού μεγέθους καθορισμένο από τον χρήστη. Ακολούθως, η υλοποίηση ενός άλλου προγράμματος επιτρέπει την πρόσδεση των αλυσίδων πολυβινυλικής αλκοόλης (PVA) και πολυακριλικού οξέως (ARA) στον Fe3O4 MNP πυρήνα. Η λιπιδική διπλοστοιβάδα (dipalmitoylphosphatidylcholine - DPPC) κατασκευάστηκε στη συνέχεια ως μοντέλο της κυτταρικής μεμβράνης. Τέλος, τα δύο μοντέλα MNPs τοποθετήθηκαν στην υδάτινη περιοχή της λιπιδικής διπλοστοιβάδας και ατομικιστικές προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής εφαρμόστηκαν με σκοπό την περιγραφή των αλληλεπιδράσεων νανοσωματιδίου-μεμβράνης σε ατομικό επίπεδο.
Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης συγκρίνονται περαιτέρω με τα διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα από τους συνεργάτες μας και τα συμπεράσματα συντάσσονται ως πρός τις διαφορετικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ διαφορετικών προσδετών του NP και του μοντέλου κυτταρικής μεμβράνης.
Κύρια θεματική κατηγορία:
Τεχνολογία – Πληροφορική
Λέξεις-κλειδιά:
νανοσωματίδια, συστήματα μεταφοράς φαρμάκων, μαγνητίτης, μοριακή δυναμική, ατομικιστικές προσομοιώσεις
Ευρετήριο:
Ναι
Αρ. σελίδων ευρετηρίου:
2
Εικονογραφημένη:
Ναι
Αρ. βιβλιογραφικών αναφορών:
201
Αριθμός σελίδων:
126
Konstantina_Karathanou_ITMB_Master_Thesis.pdf (5 MB) Άνοιγμα σε νέο παράθυρο