基于 Al12N12 和 Al12O12 纳米簇的异丙肾上腺素药物输送载体计算研究

《Scientific Reports》：Computational DFT and docking investigation of isoproterenol delivery using Al??N?? and Al??O?? inorganic nanocarriers

摘要

开发高效用于儿茶酚胺类药物的纳米载体仍然是心血管治疗领域中的一个关键挑战。本研究首次系统地使用计算方法研究了基于铝的纳米簇（Al??N??和Al??O??）作为异丙肾上腺素的药物输送载体。异丙肾上腺素是一种合成儿茶酚胺，用于治疗心动过缓、心脏传导阻滞和心脏骤停。通过采用密度泛函理论（DFT）并在B3LYP/6-311?+?G(d）水平上进行计算，从几何结构、电子性质和光谱分析角度系统评估了异丙肾上腺素在这些纳米簇上的吸附情况。在气相中，异丙肾上腺素与Al??N??和Al??O??复合物的结合能分别为-29至-33 kcal/mol；而在水相中，结合能分别为-25至-28 kcal/mol（对于Al??N??复合物）和-54至-75 kcal/mol（对于Al??O??复合物）。结果表明这些纳米簇对异丙肾上腺素有良好的吸附作用，其中Al??O??由于氧原子具有较高的电负性，表现出更强的吸附能力。复合物形成后偶极矩的显著增加可能有助于提高异丙肾上腺素在水中的溶解度，并可能促进其进入细胞，这些特性对其作为药物输送载体非常有利。针对β?-肾上腺素受体（β?AR）的分子对接实验显示，异丙肾上腺素与纳米簇复合物的对接能为Al??N??复合物为-15.98 kcal/mol，Al??O??复合物为-16.56 kcal/mol，远高于游离异丙肾上腺素的-7.41 kcal/mol。在300 K下的从头算分子动力学（Ab initio molecular dynamics, AIMD）模拟进一步证实了在最稳定状态下，这两种纳米簇与异丙肾上腺素复合物的热稳定性和结构稳定性，在10 ps的模拟时间内没有发生明显的解离或结构变形。这些发现表明，Al??N??和Al??O??纳米簇是潜在且有潜力的异丙肾上腺素输送载体，为实验验证以及未来基于无机纳米载体的心血管药物输送系统的发展奠定了基础。