氧化石墨烯屏蔽纳米脂质体增强辅酶Q10递送效率的分子机制研究

本研究针对辅酶Q10(CoQ10)疏水性导致的生物利用度低等问题，通过分子动力学(MD)和元动力学(WT-MtD)模拟，揭示了氧化石墨烯(GOX)修饰的POPE/POPC脂质体对CoQ10的吸附机制。研究发现GOX通过范德华力(-1168.87 kJ/mol)显著提升载药能力，其中POPE-GOX复合物稳定性更优(RMSD更低)，为生物材料设计提供了新思路。

　　

辅酶Q₁₀(CoQ₁₀)作为细胞能量代谢的关键辅因子，在心血管疾病和神经退行性病变中展现出重要治疗潜力。然而其极高的疏水性导致口服生物利用度不足5%，这一"难溶性药物递送困境"长期制约临床应用。传统脂质体载药系统存在包封率低、稳定性差等缺陷，而氧化石墨烯(GOX)独特的二维结构和表面官能团为突破这一瓶颈提供了可能。

伊朗比尔詹德大学的研究团队创新性地将GOX与1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺(POPE)、1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱(POPC)脂质膜结合，通过分子动力学(MD)和良好调谐元动力学(WT-MtD)模拟，系统解析了GOX屏蔽纳米脂质体的载药机制。相关成果发表在《Journal of Drug Delivery Science and Technology》上，为精准设计生物分子递送系统提供了理论基石。

研究采用GaussView 06构建GOX模型，通过SwissParam生成CoQ₁₀拓扑文件，运用GROMACS软件进行200 ns分子模拟。关键分析包括相互作用能(E_int)、径向分布函数(RDF)、均方根偏差(RMSD)和波动(RMSF)等参数，结合自由能面计算揭示结合热力学特征。

药物装载机制
动态轨迹显示CoQ₁₀在POPE-GOX表面的吸附比POPC-GOX快6 ns，平均质心距离(d_COM)缩短至2.64 nm。相互作用能分析表明POPE-GOX/CoQ₁₀复合物结合能(-1168.87 kJ/mol)显著低于POPC-GOX体系(-1137.12 kJ/mol)，证实POPE极性头基更利于药物锚定。

结构稳定性分析
POPE-GOX/CoQ₁₀的RMSD值较POPC体系降低37%，RMSF波动幅度减少约0.15 nm。RDF分析显示CoQ₁₀在距GOX表面0.5 nm处出现显著峰值，证实π-π堆叠和氢键协同稳定复合物。

热力学特征
自由能面计算显示POPE-GOX/CoQ₁₀全局最小值达-263.44 kJ/mol，而POPC体系为175.91 kJ/mol。元动力学揭示GOX表面羟基与CoQ₁₀醌环形成3-4个氢键，是自发结合的关键驱动力。

该研究首次从原子尺度阐明GOX增强脂质体载药能力的多尺度机制，特别揭示POPE磷脂的极性头基在稳定药物-载体界面中的独特作用。所建立的"GOX-磷脂"协同载药模型，不仅为CoQ₁₀递送系统优化提供量化指标，更拓展了二维材料在生物医药领域的应用范式。未来基于该理论设计的纳米制剂，有望突破疏性药物递送的技术壁垒，在帕金森病等神经退行性病变治疗中发挥重要作用。