شبیه‌سازی رایانه‌ای نشان داد قفس‌های نانومقیاس پروتئینی می‌توانند برای حمل آتروپین مناسب باشند
پژوهشگران در مطالعه‌ای رایانه‌ای بررسی کرده‌اند که آیا ساختارهای توخالی و بسیار کوچک ساخته‌شده از پروتئین می‌توانند مولکول‌های داروی آتروپین را درون خود جای دهند و از پایداری مناسبی برخوردار باشند.
به گزارش علم‌خوان، نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد دو نوع از این ساختارها ظرفیت بالقوه‌ای برای به‌کارگیری در سامانه‌های دارورسانی دارند؛ با این حال، هنوز برای مشخص‌شدن کارایی و ایمنی آن‌ها در شرایط واقعی زیستی، به آزمایش‌های تجربی نیاز است.
این پژوهش به قلم مازیار بحرینی از دانشگاه علوم پزشکی تهران و روزبه ثابت‌وند از دانشگاه صنعتی امیرکبیر در سال ۲۰۲۶ در ژورنالScientific Reports منتشر شده است.
قفس‌های پروتئینی چگونه به حمل دارو کمک می‌کنند؟
یکی از چالش‌های دارورسانی این است که دارو در مسیر رسیدن به محل اثر، پایداری خود را حفظ کند و در زمان و مکان مناسبی آزاد شود. یکی از راهکارهای مورد بررسی، استفاده از ساختارهای نانومقیاس توخالی است که می‌توانند مولکول‌های دارو را در فضای داخلی خود جای دهند.
در این پژوهش، تمرکز بر «قفس‌های نانومقیاس پروتئینی» با ساختار بیست‌وجهی بود. این ساختارها از کنار هم قرارگرفتن واحدهای پروتئینی شکل می‌گیرند و به دلیل هندسه منظم و فضای داخلی خود، می‌توانند گزینه‌ای برای محصورکردن مولکول‌های دارویی باشند.
داروی مورد بررسی، آتروپین بود؛ دارویی که در کاربردهای پزشکی مختلف، از جمله برخی اقدامات چشم‌پزشکی و درمان بعضی مسمومیت‌ها، استفاده می‌شود. پژوهشگران بررسی کردند که مولکول‌های این دارو چگونه با دو نوع قفس پروتئینی با شناسه‌های ساختاری 8ED3 و 8XB8 تعامل می‌کنند.
پژوهش چگونه انجام شد؟
پژوهشگران به‌جای شروع با آزمایش‌های آزمایشگاهی، از روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی استفاده کردند. در این روش، حرکت اتم‌ها و برهم‌کنش میان آن‌ها با کمک مدل‌های رایانه‌ای محاسبه می‌شود تا بتوان رفتار یک سامانه مولکولی را در طول زمان بررسی کرد.
ابتدا مدل‌های اتمی قفس‌های پروتئینی و مولکول‌های آتروپین آماده شدند. سپس رفتار این سامانه‌ها در محیط آبی شبیه‌سازی شد. در مرحله نخست، شرایط سامانه به‌گونه‌ای تنظیم شد که دما به حدود ۳۰۰ کلوین، معادل تقریباً ۲۷ درجه سانتی‌گراد، برسد و سامانه به تعادل نزدیک شود. در مرحله بعد، فرایند محصورشدن دارو و تغییرات ساختارها طی شبیه‌سازی بررسی شد.
در مدل‌های محاسباتی این مطالعه، برای هر سامانه هزار مولکول دارو در نظر گرفته شد. این تعداد بخشی از طراحی شبیه‌سازی است و به‌خودی‌خود به معنای ظرفیت اثبات‌شده این قفس‌ها در یک سامانه واقعی نیست.
نتایج چه بود؟
بر اساس نتایج گزارش‌شده، هر دو ساختار پروتئینی در شبیه‌سازی رفتار سازگاری با محصورکردن آتروپین نشان دادند. فاصله مرکز جرم دارو و قفس در پایان مرحله تعادل برای دو سامانه به‌ترتیب حدود ۲٫۳۰ و ۱٫۱۹ آنگستروم گزارش شد. آنگستروم واحدی برای اندازه‌گیری فاصله در مقیاس اتمی است.
پژوهشگران همچنین شاخص‌های انرژی سامانه‌ها را بررسی کردند. مقادیر گزارش‌شده برای انرژی پتانسیل و انرژی کل در مرحله پایانی شبیه‌سازی، به‌ترتیب برای سامانه مبتنی بر 8ED3 حدود ۷٫۹۳ کیلوکالری بر مول و برای سامانه مبتنی بر 8XB8 حدود ۱۲٫۹۷ کیلوکالری بر مول بود. نویسندگان این نتایج را نشانه‌ای از پایداری ترمودینامیکی مناسب ساختارهای مدل‌سازی‌شده تفسیر کردند.
به بیان ساده، محاسبات نشان می‌دهد که در شرایط تعریف‌شده در مدل رایانه‌ای، این قفس‌های پروتئینی می‌توانند گزینه‌هایی برای بررسی بیشتر به‌عنوان حامل آتروپین باشند.
چرا این یافته اهمیت دارد؟
اگر در مطالعات بعدی، این ساختارها در آزمایش‌های واقعی نیز عملکرد مناسبی داشته باشند، ممکن است بتوان از آن‌ها برای توسعه روش‌های تازه دارورسانی استفاده کرد. طراحی حامل‌هایی که بتوانند دارو را محصور کنند و رفتار آن را در محیط زیستی کنترل‌پذیرتر سازند، یکی از مسیرهای پژوهش در فناوری نانوپزشکی است.
با این حال، شبیه‌سازی رایانه‌ای به‌تنهایی نشان نمی‌دهد که دارو در بدن انسان با چه سرعتی آزاد می‌شود، چه مقدار از آن به بافت هدف می‌رسد یا آیا استفاده از این حامل‌ها عوارضی ایجاد می‌کند.
چه محدودیت‌هایی باید در نظر گرفت؟
این مطالعه یک پژوهش محاسباتی است، نه آزمایش بالینی یا اثبات عملکرد دارورسانی در بدن. افزون بر این، بر اساس روش گزارش‌شده، محیط آبی شبیه‌سازی فاقد نمک بود؛ بنابراین، نباید آن را بازنمایی کامل شرایط فیزیولوژیک بدن انسان دانست. محیط واقعی بدن شامل یون‌ها، پروتئین‌های دیگر و فرایندهای زیستی پیچیده‌ای است که می‌توانند بر پایداری قفس و رفتار دارو اثر بگذارند.
برای ارزیابی کاربرد عملی این روش، لازم است ساختارهای پیشنهادی در آزمایشگاه ساخته و بررسی شوند؛ از جمله اینکه چه مقدار دارو واقعاً در آن‌ها محصور می‌شود، ساختارها در شرایط زیستی چقدر پایدار می‌مانند، دارو چگونه و با چه سرعتی آزاد می‌شود و آیا حامل‌ها ایمن و سازگار با بافت‌های بدن هستند.
جمع‌بندی: این پژوهش شواهد محاسباتی اولیه‌ای فراهم می‌کند که دو نوع قفس نانومقیاس پروتئینی ممکن است برای محصورکردن آتروپین مناسب باشند. این نتیجه گامی در مرحله طراحی و مدل‌سازی است و هنوز به معنای آماده‌بودن یک سامانه دارورسانی برای استفاده پزشکی نیست.
منبع:
Bahreini, M., Sabetvand, R. Molecular dynamics simulation of the atropine drug encapsulation inside protein origami icosahedral nanocages in physiological environment.Sci Rep16, 30844 (2026).
ارسال نظر