نانومقیاس

نانومقیاس

مطالعه نظری جذب داروی ضدسرطان مبتنی بر پلاتین بر روی نانولوله های نیترید بور آلاییده شده با آهن، نیکل و کبالت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه شیمی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه زابل، زابل، ایران
2 گروه فارماسیوتیکس، دانشکده داروسازی، دانشگاه علوم پزشکی زابل، زابل، ایران
10.22034/ns.2026.2090889.1432
چکیده
نانولوله‌های بورنیترید به‌دلیل زیست‌سازگاری، پایداری شیمیایی و عدم سمیت، گزینه‌های مناسبی برای کاربردهای دارورسانی هستند. با این حال، برهم‌کنش ضعیف آن‌ها با داروهای ضدسرطان مبتنی بر پلاتین، از جمله سیس‌پلاتین، کاربرد آن‌ها را محدود کرده است. در این پژوهش، اثر آلایش نانولوله‌های بور نیترید با فلزات واسطه آهن، نیکل و کبالت بر جذب سیس‌پلاتین با استفاده از محاسبات نظریه تابعی چگالی در سطح B3LYP/LANL2DZ بررسی شد. نتایج نشان داد که آلایش با فلزات واسطه موجب افزایش چشمگیر انرژی جذب و پایداری ترمودینامیکی کمپلکس‌ها می‌شود. انرژی جذب از kcal/mol 39/5- برای نانولوله خالص به 30/42-، 88/39- و 55/26- kcal/mol به‌ترتیب برای کمپلکس‌های BN-Fe/Cisplatin، BN-Ni/Cisplatin و BN-Co/Cisplatin افزایش یافت. همچنین، مقادیر انرژی آزاد گیبس جذب برای این کمپلکس‌ها به‌ترتیب 02/30-، 16/27- و 96/12- kcal/mol محاسبه شد که خودبه‌خودی بودن فرآیند جذب و پایداری بیشتر نانولوله‌های آلاییده را نشان می‌دهد. تحلیل اوربیتال‌های مرزی نشان داد که شکاف انرژی HOMO–LUMO از 18/0 eV در نانولوله بور نیترید خالص به 14/0، 12/0 و 06/0 eV در کمپلکس‌های حاوی آهن، کبالت و نیکل کاهش یافته و در نتیجه واکنش‌پذیری شیمیایی سامانه افزایش می‌یابد. افزون بر این، نتایج تحلیل NBO بیانگر انتقال بار مؤثر بین سیس‌پلاتین و نانولوله‌های آلاییده، به‌ویژه در حضور Fe و Ni، بود و تحلیل AIM نیز ماهیت حدواسط الکترواستاتیکی-کووالانسی و استحکام بیشتر پیوند در کمپلکس حاوی آهن را تأیید کرد. بررسی اثر حلال نشان داد که اگرچه حضور آب موجب کاهش قدر مطلق انرژی جذب می‌شود، ترتیب پایداری کمپلکس‌ها بدون تغییر باقی می‌ماند. نانولوله BN-Fe/Cisplatin به‌عنوان پایدارترین سامانه، پتانسیل بالایی برای کاربرد به‌عنوان حامل دارورسانی در درمان سرطان دارد. با این حال، طراحی نهایی حامل نیازمند ایجاد تعادل بین پایداری کمپلکس و قابلیت رهایش کنترل‌شده دارو در شرایط زیستی است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Theoretical study of the adsorption of a platinum-based anticancer drug on iron-, nickel-, and cobalt-doped boron nitride nanotubes

نویسندگان English

Mahdiye Poorsargol 1
Khadijeh Hamidian 2
Pooya Karimi 1
1 Department of Chemistry, Faculty of Science, University of Zabol,, Zabol, Iran
2 Department of Pharmaceutics, Faculty of Pharmacy, Zabol University of Medical Sciences, Zabol, Iran
چکیده English

Boron nitride nanotubes have attracted considerable attention as promising nanocarriers for drug delivery owing to their excellent biocompatibility, high chemical stability, and low toxicity. However, their relatively weak interaction with platinum-based anticancer drugs, particularly cisplatin, has limited their practical application in drug delivery systems. In this study, the effect of transition-metal doping (Fe, Ni, and Co) on the adsorption behavior of cisplatin on BNNTs was systematically investigated using density functional theory calculations at the B3LYP/LANL2DZ level. The results demonstrated that transition-metal doping significantly enhances both the adsorption strength and thermodynamic stability of the resulting complexes. The adsorption energy increased from −5.39 kcal/mol for pristine BNNTs to −42.30, −39.88, and −26.55 kcal/mol for the BN-Fe/Cisplatin, BN-Ni/Cisplatin, and BN-Co/Cisplatin complexes, respectively. Likewise, the Gibbs free energy of adsorption was calculated to be −30.02, −27.16, and −12.96 kcal/mol, confirming the spontaneous nature of the adsorption process and the superior stability of doped systems. Frontier molecular orbital analysis revealed a reduction in the HOMO–LUMO energy gap from 0.18 eV for pristine BNNTs to 0.14, 0.12, and 0.06 eV for the Fe-, Co-, and Ni-doped complexes, respectively, indicating enhanced chemical reactivity. Furthermore, natural bond orbital analysis demonstrated significant charge transfer between cisplatin and the doped nanotubes, particularly in Fe- and Ni-doped systems, while atoms-in-molecules analysis demonstrated that the metal–chlorine interaction possesses an intermediate electrostatic–covalent character, with the Fe-doped complex exhibiting the strongest interaction. Solvent calculations further showed that although the absolute adsorption energies decreased in the aqueous phase, the relative stability order of the complexes remained unchanged. Among the investigated systems, BN-Fe/Cisplatin complex exhibited the highest stability, highlighting its potential as an efficient nanocarrier for cisplatin delivery in cancer therapy. Nevertheless, the practical design of an optimal drug delivery platform requires balancing strong drug binding with controlled drug release under physiological conditions.

کلیدواژه‌ها English

Boron nitride nanotubes
Cisplatin
Iron
Nickel
Cobalt
DFT

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 مرداد 1405

  • تاریخ دریافت 20 خرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 27 تیر 1405
  • تاریخ پذیرش 13 مرداد 1405