基于密度泛函理论探究Be12O12纳米载体负载达卡巴嗪抗癌药物的分子机制

本研究针对达卡巴嗪(DZ)抗癌药物溶解性差、生物利用度低的问题，通过密度泛函理论(DFT)系统分析了Be12O12纳米载体对DZ的吸附特性。研究发现DZ?Be12O12复合物具有负相互作用能(-55.53 kcal/mol)和静电主导的吸附机制，证实了Be12O12作为药物载体的可行性，为靶向抗癌治疗提供了新思路。

　　

在癌症治疗领域，达卡巴嗪(Dacarbazine, DZ)作为FDA批准的化疗药物，虽广泛应用于侵袭性皮肤癌治疗，却面临溶解度低、半衰期短和非特异性毒性等瓶颈问题。传统解决方案往往收效甚微，而纳米载体技术的兴起为突破这些限制带来了曙光。其中，具有特殊笼状结构的铍氧化物(Be₁₂O₁₂)纳米颗粒因其优异的离子特性和生物相容性，在药物递送领域展现出独特优势，但其与DZ的分子作用机制尚属空白。

为揭示这一科学问题，来自Umm Al-Qura大学的研究团队在《Polyhedron》发表了开创性研究。该工作采用密度泛函理论(DFT)系统探究了Be₁₂O₁₂负载DZ的分子机制，通过M06-2×/6-311+G**理论水平计算，结合对称性匹配微扰理论(SAPT)和非共价相互作用(NCI)分析，首次阐明了DZ与纳米载体间的静电主导作用模式。

研究方法
研究采用Gaussian 09软件进行DFT计算，通过静电势(ESP)分析确定活性位点，计算相互作用能(E_int)和吸附能(E_ads)。采用量子理论中的原子(QTAIM)和前沿分子轨道(FMOs)理论分析电子转移，结合拉曼/红外光谱验证构型变化，并通过溶剂化能评估水环境的影响。

ESP分析
研究发现Be₁₂O₁₂的铍原子呈现强正电性(V_s,max=146.1 kcal/mol)，而DZ的氮/氧原子具显著负电性(V_s,min=-68.2 kcal/mol)，为静电吸附提供了理论基础。

能量分析
在A-F六种构型中，构型A表现出最优吸附性能，E_int=-55.53 kcal/mol，E_ads=-34.32 kcal/mol，证实吸附过程的自发性和放热特性。SAPT分析揭示静电作用贡献率达63%，远超诱导和色散作用。

电子结构分析
FMOs显示DZ吸附后Be₁₂O₁₂的能隙减小1.27 eV，反应活性提升。NCI等值面证实存在强氢键(O-H···N)和范德华相互作用。

溶剂化效应
水环境中所有构型保持负溶剂化能(ΔG_sol<-20 kcal/mol)，且回收时间<10 ns，表明载药系统在生理环境中的稳定性与可控释放特性。

该研究首次从量子化学层面证实Be₁₂O₁₂作为DZ纳米载体的优越性，其建立的"静电主导-多位点吸附"模型为新型药物递送系统设计提供了理论范式。特别值得注意的是，研究揭示的水环境稳定性和短回收时间特性，为后续体内实验奠定了重要基础。这些发现不仅拓展了金属氧化物在生物医学中的应用边界，更为克服传统化疗药物的递送瓶颈提供了创新解决方案。