Preview

Разработка и регистрация лекарственных средств

Расширенный поиск

Моделирование образования липосом с винпоцетином из фосфолипидов соевого лецитина методом молекулярной динамики

https://doi.org/10.33380/2305-2066-2021-10-3-83-87

Полный текст:

Аннотация

Введение. Липосомальные препараты обладают следующими преимуществами: защищают клетки организма от токсического действия лекарственных средств; пролонгируют действие введенного в организм лекарственного средства; защищают лекарственные вещества от деградации; способствуют проявлению нацеленной специфичности за счет селективного проникновения из крови в ткани; изменяют фармакокинетику лекарственных препаратов, повышая их фармакологическую эффективность; позволяют создать водорастворимую форму ряда лекарственных субстанций, повышая тем самым их биодоступность. Весьма актуальным является разработка липосомальных форм винпоцетина. В настоящее время при разработке состава липосомальных форм находит широкое применение методов молекулярного моделирования, которые являются удобным методом прогнозирования как свойств самих мембран, так и аспектов взаимодействия мембран с небольшими молекулами или белками.

Цель. Целью данного исследования является моделирование процесса сборки липосомы из фосфолипидов соевого лецитина в присутствии винпоцетина методом молекулярной динамики; а также прогнозирование распределения винпоцетина между внутренней полостью липосомы, фосфолипидной мембраной и дисперсионной средой по результатам моделирования.

Материалы и методы. Для моделирования процесса образования липосом был использован метод крупнозернистой молекулярной динамики в силовом поле Martini 2.2 с использованием программы Gromacs 2016.4. Сборка моделируемой системы - раствора фосфолипидов соевого лецитина в воде производилась с помощью интернет-сервиса Charmm-GUI->Inputgenerator->Martinimaker->Randombuilder.

Результаты и обсуждение. Результаты молекулярного моделирования показали, что молекулы винпоцетина не проникли внутрь липосомы, а адсорбировались на ее поверхности. Это связано с низкой растворимостью винпоцетина в гидрофобной среде мембраны липосомы соевого лецитина.

Заключение. Показано, что минимальный диаметр липосомы, образующейся из очищенного соевого лецитина, составляет 15,3 нм. Винпоцетин не проникает внутрь липосом из очищенного соевого лецитина, а адсорбируется на внешней поверхности их мембраны. Поверхностный избыток при этом по результатам моделирования крупнозернистой молекулярной динамики при температуре 298 К в спиртоводной среде составляет 1,2 • 10-7 моль/м2.

Об авторе

Ю. А. Полковникова
Воронежский государственный университет (ВГУ)
Россия

Полковникова Юлия Александровна.

394006, Воронеж, Университетская пл., д. 1.



Список литературы

1. Singh A., Sharma V., Pandey B. L. Comparative effectiveness study of vinpocetine vs. nimodipine on functional recovery in patients of head injury. International Journal of Basic & Clinical Pharmacology. 2013;2(1):18-25.

2. Patyar S., Prakash A., Modi M., Medhi B. Role of vinpocetine in cerebrovascular diseases. Pharmacol Rep. 2011;63(3):618-628. DOI: 10.1016/s1734-1140(11)70574-6.

3. Ribeiro L., Loftsson T., Ferreira D., Veiga F. Investigation and physicochemical characterization of vinpocetine-sulfobutyl ether β-cyclodextrin binary and ternary complexes. Chemical and Pharmaceutical Bulletin. 2003;51(8):914-922. DOI: 10.1248/cpb.51.914.

4. Grassi G., Hasa D., Voinovich D., Perissutti B., Dapas B., Farra R., Franceschinis E., Grassi M. Simultaneous release and ADME processes of poorly water-soluble drugs: mathematical modeling. Mol Pharmacol. 2010;7(5):1488-1497. DOI: 10.1021/mp1001334.

5. Szakacs T., Veres Z., Vereczkey L. In vitro-in vivo correlation of the pharmacokinetics of vinpocetine. Pol J Pharmacol. 2001;53(6):623-628.

6. Gregoriadis G. Liposome research in drug delivery: the early days. Journal of Drug Targeting. 2008;16(7):520-524. DOI: 10.1080/10611860802228350.

7. Elbayoumi T. A., Torchilin V. P. Current trends in liposome research. Methods in Molecular Biology. 2010;605:1-27. DOI: 10.1007/978-1-60327-360-2_1.

8. Yalçın A. S., Turkoglu M. Preparation of liposomes containing whey proteins. Marmara Medical Journal. 2010;23(1):22-29.

9. Szoka F. (Jr.), Papahadjopoulos D. Comparative properties and methods of preparation of lipid vesicles (liposomes). Annual Review of Biophysics and Bioengineering. 1980;9:467-508. DOI: 10.1146/annurev.bb.09.060180.002343.

10. Neuwelt E., Abbott N. J., Abrey L., Banks W. A., Blakley B., Davis T., Engelhardt B., Grammas P., Nedergaard M., Nutt J., Pardridge W., Rosenberg G. A., Smith Q., Drewes L. R. Strategies to advance translational research into brain barriers. The Lancet Neurology. 2008;7(1):84-96. DOI: 10.1016/S1474-4422(07)70326-5.

11. Lopalco A., Cutrignelli A., Denora N., Lopedota A., Franco M., Laquintana V. Transferrin Functionalized Liposomes Loading Dopamine HCl: Development and Permeability Studies across an In Vitro Model of Human Blood-Brain Barrier. Nanomaterials. 2018;8(3):178. DOI: 10.3390/nano8030178.

12. Li X., Ren X., Liang J., Ma W., Wang Z., Yang Z. Delivery of sodium morrhuate to hemangioma endothelial cells using immunoliposomes conjugated with anti-VEGFR2/KDR antibody. International Journal of Nanomedicine. 2017;12:6963-6972. DOI: 10.2147/IJN.S144056.

13. Spuch C., Navarro C. Liposomes for targeted delivery of active agents against neurodegenerative diseases (Alzheimer's disease and Parkinson's Disease). Journal of Drug Delivery. 2011:1-12. DOI: 10.1155/2011/469679.

14. Kucerka N., Nieh M.-P., Katsaras J. Fluid phase lipid areas and bilayer thicknesses of commonly used phosphatidylcholines as a function of temperature. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. 2011;1808(11):2761-2771. DOI: 10.1016/j.bbamem.2011.07.022.

15. Xie J. Y., Ding G. H., Karttunen M. Molecular dynamics simulations of lipid membranes with lateral force: Rupture and dynamic properties. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. 2014;1838(3):994-1002. DOI: 10.1016/j.bbamem.2013.12.011.

16. Wang X., Liu W., Du K. Palaeontological evidence of membrane relationship in step-by-step membrane fusion. Molecular Membrane Biology. 2011;28(1-2):115-122. DOI: 10.3109/09687688.2010.536169.

17. Hashemzadeh H., Javadi H., Darvishi M. H. Study of Structural stability and formation mechanisms in DSPC and DPSM liposomes: A coarse-grained molecular dynamics simulation. Scientific Reports. 2020;10:1837.

18. Wu X., Dai X., Liao Y., Sheng M., Shi X. Investigation on drug entrapment location in liposomes and transfersomes based on molecular dynamics simulation. Journal of Molecular Modeling. 2021;27(4):111. DOI: 10.1007/s00894-021-04722-3.

19. Dwiastuti R., Radifar M., Hadimartono M., Noegrohati S. Molecular Dynamics Simulations and Empirical Observations on Soy Lecithin Liposome Preparation. Indonesian Journal of Chemistry. 2016;16(2):222. DOI: 10.22146/ijc.21167.

20. Marrink S. J., Risselada H. J., Yefimov S., Tieleman D. P., de Vries A. H. The MARTINI force field: Coarse grained model for biomolecular simulations. The Journal of Physical Chemistry B. 2007;111(27):7812-7824. DOI: 10.1021/jp071097f.

21. Jo S., Kim T., Iyer V. G., Im W. CHARMM-GUI: A Web-based Graphical User Interface for CHARMM. Journal of Computational Chemistry. 2008;29(11):1859-1865. DOI: 10.1002/jcc.20945.

22. Qi Y., Ingolfsson H. I., Cheng X., Lee J., Marrink S. J., Im W. CHARMM-GUI Martini Maker for Coarse-Grained Simulations with the Martini Force Field. Journal of Chemical Theory and Computation. 2015;11(9):4486-4494. DOI: 10.1021/acs.jctc.5b00513.

23. Hsu P.-C., Bruininks B. M. H., Jefferies D., de Souza P. C. T., Lee J., Patel D. S., Marrink S. J., Qi Y., Khalid S., Im W. CHARMM-GUI Martini Maker for Modeling and Simulation of Complex Bacterial Membranes with Lipopolysaccharides. J. Comput. Chem. 2017;38(27):2354-2363. DOI: 10.1002/jcc.24895.

24. van Hoogevest P., Wendel A. The use of natural and synthetic phospholipids as pharmaceutical excipients. European Journal of Lipid Science and Technology. 2014;116(9):1088-1107. DOI: 10.1002/ejlt.201400219.

25. Berendsen H. J. C., Postma J. P. M., van Gunsteren W. F., DiNola A., Haak J. R. Molecular dynamics with coupling to an external bath. The Journal of Chemical Physics. 1984;81(8):3684-3690. DOI: 10.1063/1.448118.

26. Teppen J. B. HyperChem, release 2: molecular modeling for the personal computer. Journal of Chemical Information and Computer Sciences. 1992;32:757-759.

27. Fodi B., Hentschke R. Simulation of Surface Excess Concentrations for a Binary Hydrocarbon Mixture on Graphite. Journal of Molecular Modeling. 1997;3(8):315-320.


Дополнительные файлы

1. Графический абстракт
Тема
Тип Исследовательские инструменты
Посмотреть (958KB)    
Метаданные

Рецензия

Для цитирования:


Полковникова Ю.А. Моделирование образования липосом с винпоцетином из фосфолипидов соевого лецитина методом молекулярной динамики. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2021;10(3):83-87. https://doi.org/10.33380/2305-2066-2021-10-3-83-87

For citation:


Polkovnikova Yu.A. Modeling the Formation of Liposomes with Vinpocetine from Soy Lecithin Phospholipids by Molecular Dynamics. Drug development & registration. 2021;10(3):83-87. (In Russ.) https://doi.org/10.33380/2305-2066-2021-10-3-83-87

Просмотров: 682


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2305-2066 (Print)
ISSN 2658-5049 (Online)