24047

تهيۀ تركيبات دارويي متصل شده به آمينواسيدها و رشته هاي پروتئيني با استفاده از نانوذرات مغناطيسي عامل دار شده جديد

دكترا

شيمي گرايش آلي

1394

خرداد - تير 1400

دكتر علي ملكي

شيمي

نانوذرات اكسيد آهن )با فرمول مولكولي 4O3Fe ( و كاربرد آن در حوزه هاي مختلف علمي به دليل خواص فيزيكي و شيميايي برجسته در سال هاي اخير بسيار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. رفتار سوپرپارامغناطيس نانوذرات اكسيد آهن را مي توان به عنوان اولين و مهم ترين خصلت جهت فراهم آوردن بستري مناسب براي كنترل فيزيكي آنها در كاربرد هاي مختلف در نظر گرفت. علاوه برآن، قابليت عامل دار شدن سطحي با تركيبات آلي و معدني و تشكيل نانوساختار هاي هيبريدي با خواص بهبود يافته، و همچنين پايداري ساختاري نسبي در مقابل افزايش دما از ديگر مزاياي نانوذرات اكسيد آهن مي باشد. در اين تحقيق، از اين خواص در دو زمينۀ مهم تحقيقاتي به طور موازي جهت طراحي و تهيۀ سيستم هاي مغناطيسي كاتاليستي و دارورساني بهره برداري گرديده است. تركيبات پروتئيني به دليل دارا بودن خواص بيولوژيكي فعال و قابليت تعامل با سلول هاي زنده به طور جدي در ساختار تركيبات دارويي مختلف مورد استفاده قرار گرفته، و تاثيرات عميقي بر كارايي درماني دارو ها و نانودارو ها مخصوصا در دهه هاي اخير داشته است. در اين راستا، از ساختار هاي پروتئيني سنتزي )مثل پپتيد ها( و بيوسنتزي )مثل پادتن ها( جهت تقويت نفوذ به درون سلول و همينطور افزايش ميزان هدفمندي در اتصال به سلول هدف استفاده مي گردد. تركيبات دارويي حاوي دارو و ساختار پروتئيني متصل شده را اصطلاحاً "كونژوگاسيون دارويي" گويند. در اين تحقيق، كارايي نانوذرات اكسيد آهن از دو منظر متفاوت مورد بررسي قرار مي گيرد؛ 1( به عنوان بستري مناسب جهت تهيۀ سيستم هاي كاتاليستي ناهمگن مغناطيسي در مقياس نانو، به صورت عامل دار شده با تركيبات آلي و معدني: از آنجا كه تهيۀ تركيبات دارويي متصل )كونژوگه( شده به رشتههاي پروتئيني عموماً از مسير تشكيل پيوند آميدي/پپتيدي گذر مي نمايد، طراحي و تهيۀ سيستم هاي نوين كاتاليستي ناهمگن به عنوان جايگزيني مناسب براي عوامل جفت كنندۀ مرسوم حائز اهميت مي باشد. همچنين، تهيه و معرفي سيستم هاي كاتاليستي مشابه به منظور جايگزيني با عوامل شيميايي احياگر كه جهت آماده سازي سايت هاي شيميايي فعال در پيكرۀ پروتئين ها )مثلاً پادتن( با ساختار در هم تنيده ) Native ( مورد استفاده قرار مي گيرند، از آن جهت حائز اهميت مي باشد كه به دليل سهولت بالا در جاسازي مي توانند به عنوان جايگزيني مناسب براي فرآيند دياليز مورد استفاده قرار گيرند. به و طور خلاصه در اين تحقيق نانوذرات اكسيد آهن با تركيبات آلي ايزوتيازولون ) Isothiazolone ( و دي تيو تريتول ) Dithiothreitol ( عامل دار شده و در واكنش هاي سنتز دي پپتيد و احياي پيوند دي سولفيدي در پادتن هرسپتين مورد استفاده قرار مي گيرند. نهايتاً، با استفاده از نانوكاتاليست هاي مغناطيسي تهيه شده يك كونژوگاسيون دارويي شامل يك زنجيرۀ پپتيدي شش عضوي و تركيب دارويي لووفلوكساسين سنتز مي گردد. در مطالعات سلولي ميزان سميت داروي كونژوگه شده به زنجيرۀ پپتيدي نفوذ كننده به سلول ) Cell penetrating-peptide ( بيشتر از داروي لوفلوكساسين به صورت يك ساختار منفرد شيميايي ارزيابي گرديد. 2( به عنوان بستري مناسب جهت تهيۀ سيستم هاي دارورساني مغناطيسي در مقياس نانو، به صورت هيبريد شده با رشتههاي پليمري و عامل دار شده با تركيبات پروتئيني: يكي از روش هاي مورد استفاده در تحويل هدفمند دارو به بافت هدف، استفاده از يك ميدان مغناطيسي جهت هدايت نانوحامل هاي دارويي مغناطيسي در محيط داخلي بدن مي باشد. همچنين، اثرات هم افزايي در فرآيند هاي نفوذ سلولي و كنترل رهايش دارو به منظور كاهش كمترين دوز موثر از داروي سيتوتاكسيك و افزايش بيشترين دوز قابل تحمل كه منجر به باز شدن پنجرۀ درماني مي گردد، با استفاده از سيستم هاي دارويي مغناطيسي در مقياس نانو ميسر مي گردد. در اين تحقيق، سيستم هاي دارورساني در مقياس نانو حاوي نانوذرات اكسيد آهن به عنوان هسته و شبكۀ پليمري پلي وينيل الكل به عنوان يك بستر مناسب جهت كپسوله سازي تركيبات دارويي و رهايش كنترل شدۀ آن در بافت هدف طراحي شده اند. نتايج حاصل شده از آزمايشات برون تن ) in vitro ( و درون تن ) in vivo ( حاكي از آن است كه اثرات هم افزايي حاصل از افزايش دما به صورت كنترل شده و فراهم آوردن شرايط اسيدي پس از انجام هدايت مغناطيسي نانودارو ها به بافت هدف بازدارندگي قابل ملاحظه ايي در ميزان رشد سلول هاي سرطاني سينه و تخمدان و باكتريايي )اشرشيا كولاي و استافيلوكوكوس آرئوس( حاصل مي گردد

1400/05/01

Preparation of pharmaceutical compounds conjugated to amino acids and protein chains by using novel functionalized magnetic nanoparticles By:

7/22/2022 12:00:00 AM

Iron oxide nanoparticles (with molecular formula Fe3O4), and its applications in different scientific scopes has been highly noticed by the researchers in recent years due to having disinguished pHysical and chemical properties. As the first and foremost feature, superparamagnetic behaviour of the iron oxide nanoparticles has provided an approriate opportunity for the pHysical control of the particles in different applications. Moreover, the capability of the iron oxide nanoparticles for surface functionalization with the organic and inorganic compounds, and the forrmation of hybrid nanostructures with modified properties, and also structural stability against increase in the temperature are other advantages of the iron oxide nanoparticles. In this thesis, these great excellences have been considered in two important research scopes; 1) design and preparation of magnetic catalytic systems, and 2) design and preparation of magnetic drug delivery systems. Protein ingredients have been highly noticed and widely used in the structure of the novel Pharmaceutical compounds because they are biologically active and capable to deal with the living cells. Hence, they have deeply affected the therapeutic properties of the chemical drugs and nanomedicines, specially in recent decades. In this regard, both synthetic and biosynthetic proteins (like peptides and antibodies) are used for the enhancement of cell-penetration and increasing the targeting in cell attachment. The medicinal compounds containing a chemical drug plus a protein structure are typically called “Pharmaceutical Conjugates”. In this thesis, the efficiency of the iron oxide nanoparticles is investigated from two different aspects; 1) As a suitable basis for preparation of the heterogeneous magnetic catalytic systems in nanoscale, functionalized with the organic and inorganic compounds: Since, synthesis of the Pharmacutical conjugates almost follows a peptide/amide bond formation approach, design and preparation of the novel heterogeneous catalytic systems as an appropriate alternative for traditional coupling reagents is of high importance. Also, design and preparation of the same catalytic systems as the alternatives for the chemcial reducing agents, which are used for providing the active chemcal sites in the structure of the proteins with native architecture (like antibodies), is important because of providing high convenience in the separation process and can be suitably replaced to the conventional methods such as dialysis. In summary, in this thesis, the surface of iron oxide nanoparticles is functionalized with isothiazolone and dithiothreitol, and the reulted catalytic systems are applied in the chemical reactions including amid/peptide bond formation and partial reduction of disulfide bonds in the structure of herceptin (TRA, Her 2) antibody. Ultimately, an effective conjugation between levofloxacin (as an anti-infection drug) and a six-membered peptide sequence (as a cell-penetrating agent) has been synthesized by applying the prepared magnetic catalytic systems. Concisely, it has been observed that the growth inhibition effect of the synthesized Pharmaceutical conjugate on the bacteria cells is more than the individual levofloxacin. 2) As a suitable basis for preparation of the magnetic drug delivery systems, hybridized to the polymeric strands and functionalized with the protein compounds: One the possible strategies in targeted drug delivery is using of an external magnetic field for the direction of the magnetic particles to the target tissue in the body’s internal environment. Moreover, possible synergistic effects in cell-penetration and controlled drug release processes resulting in reduction of minimum effective dosage (MED) and increase in maximum tolerated dosage (MTD) levels (known as therapeutic window), is a great potential in the magnetic drug delivery systems. In this thesis, nanoscale drug delivery systems based on the iron oxide nanoparticles as the magnetic core and polyvinyl alcohol (PVA) as a suitable matrix (as shell) for efficient encapsulation and controlled release of the drug molecules have been designed and suggested. Briefly, the obtained results from in vitro and in vivo studies have revealed that the synergies between the temperature raise (controlled via plasmonic effect of the gold nanoparticles) and acidic conditions, result in a significant growth inhibition over the MCF-7 breast cancer, Caov-4 ovary cancer, and both Gram-positive and –negative bacterial cells.

نانوكامپوزيت مغناطيسي، پلي وينيل الكل، كاتاليست ناهمگن، نانو داروي پروتئيني، پپتيد

Heterogeneous catalyst; Magnetic nanocomposite; Peptide; Polyvinyl alcohol; Protein nanomedicine