Ученые описали действие окислителей на каркасную основу для доставки лекарств

Группа химиков-теоретиков смоделировала взаимодействие металл-органического каркаса для доставки препаратов с окислителями. Модель показала, что каркас стабилен в воде, но разрушается при добавлении активных форм кислорода.

Поскольку такие окислители образуются в тканях при воспалении, металл-органические каркасы можно использовать для дизайна систем адресной доставки противовоспалительных средств. Результаты опубликованы в журнале «The Royal Society of Chemistry» (PCCP).

При развитии патологии в тканях происходят такие типичные процессы как, например, повышение температуры и понижение кислотности. На эти процессы можно ориентироваться при разработке систем адресной доставки препаратов. Одна из самых перспективных платформ для доставки лекарств ‒ металл-органические каркасы. Они представляют собой пористые полимеры с регулярной кристаллической структурой из металлического координационного центра и органических веществ-связок. Компьютерное моделирование позволяет предсказать свойства каркасов разных составов и выбрать наиболее подходящую для конкретного лекарства структуру.

Ученые из Университета ИТМО смоделировали металлический центр каркасного материала на основе марганца и выяснили, что под действием кислорода и перекиси водорода каркас разрушается. Это можно использовать при разработке системы доставки противовоспалительных и противоопухолевых препаратов. “При воспалении в клетках образуются активные формы кислорода. Мы смоделировали, как простейшие из них: сам кислород и пероксид водорода взаимодействуют с металлическим центром каркаса”, ‒ комментирует Елена Храменкова, сотрудник Лаборатории SCAMT Университета ИТМО.

Выяснилось, что хотя в воде каркас стабилен, при добавлении кислорода и перекиси начинается его разрушение. Это происходит за счет того, что ионы марганца связываются с кислородом и вызывают небольшую деформацию пористой структуры. Накопление таких деформаций приводит к разрушению материала. Это значит, что в окислительном катализе такой материал будет неэффективен. Но если загрузить в его поры лекарство и доставить в клетку, каркас будет “выпускать” лекарство не повсюду, а только там, где есть активные формы кислорода, а значит, есть воспаление.

По словам ученых, это базовый, начальный этап исследований. В нем методы квантовой химии использовались для описания металлического центра и локальных молекулярных взаимодействий. В дальнейшем ученые планируют перейти к моделированию целого каркаса и загрузки веществ в поры. Такие модели помогут понять, как происходит захват молекулы препарата, и выбрать наиболее оптимальную структуру каркаса.

“Мы выяснили, какие молекулярные процессы происходят при взаимодействии структурной единицы каркаса с кислородом или перекисью водорода. В дальнейших планах у нас смоделировать каркасный материал полностью на наноразмерном уровне. Это достаточно большие масштабы для теоретической химии, и достаточно амбициозная цель. Но мы верим, что такие исследования помогут целенаправленно создавать по-настоящему эффективные и безопасные препараты”, ‒ отмечает сотрудник лаборатории SCAMT Михаил Полынский.