در مطالعات مولکولی، سیکلودکسترین ها کلسترول را از بین می برند

شبکه پیچیده متابولیسم چربی بدن انسان را به عنوان یک بندر شلوغ تصور کنید،که در آن مولکول های کلسترول مانند کشتی ها حرکت می کنند و سایکلودکسترین ها (CDs) به عنوان بندر هایی که قادر به گرفتن و حذف رگ های اضافی هستند، عمل می کنند.اما دقیقا چگونه سایکلودکسترین ها این اثر پاکسازی کلسترول را به دست می آورند؟ این مقاله به تعاملات مولکولی بین سایکلودکسترین ها و کلسترول می پردازد.استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی برای ارائه بینش در سطح اتمی.

زمینه و اهداف تحقیق

بیماری های قلبی عروقی همچنان یک تهدید عمده برای سلامت جهانی هستند، که سطح کلسترول بالا یکی از عوامل اصلی ایجاد اتروسکلروز است.اغلب با عوارض جانبی منفی همراه هستند.در نتیجه، توسعه عوامل پاک کننده کلسترول ایمن و کارآمد، وعده های بالینی قابل توجهی دارد.سایکلودکسترین ها ٬ اولیگوساکاریدهای چرخه ای طبیعی ٬ به دلیل ساختار مولکولی منحصر به فرد و سازگاری زیستی خود توجه زیادی را به خود جلب کرده انداین مواد در مواد مخدر، علوم مواد غذایی و بهبود محیط زیست استفاده می شوند. مطالعات اخیر نشان می دهد که آنها به عنوان مواد پاک کننده کلسترول استفاده می کنند.این تحقیق از شبیه سازی های پویایی مولکولی برای ارزیابی سیستماتیک مکانیسم های تعامل بین سایکلودکسترین های مختلف (α-CD) استفاده می کند.، β-CD، و 2-hydroxypropyl-β-CD) و کلسترول، ارائه یک پایه نظری برای استفاده درمانی آنها.

روش ها

برای ارزیابی اثربخشی سیکلودکسترین ها در پیوند با کلسترول، هفت سیستم دینامیک مولکولی متمایز شبیه سازی شد:

1. سیستم های مرجع:سه سیستم حاوی سایکلودکسترین های جدا شده (α-CD، β-CD، یا 2HPβ-CD) در آب، تجزیه و تحلیل ثبات سازگاری آنها.
2. سیستم های تعامل:سه سيستم با هر نوع سيکلودکسترين با کلسترول و آب براي مطالعه ديناميک پيوند
3. سیستم کنترل:کلسترول تنها در آب، رفتار اولیه را تعیین می کند.

شبیه سازی با استفاده از GROMACS 2020 با میدان نیروی GROMOS 54a7 انجام شد.قرار دادن کلسترول اولیه نسبت به لبه های هیدروکسیل سایکلودکسترین (SHR / PHR) برای اطمینان از تنوع سازگاری تصادفی شده است.هر سیستم حاوی ۵۰۰۰ مولکول آب (مدل SPC/E) در شرایط محدودی دوره ای بود. پروتکل ها شامل به حداقل رساندن انرژی، تعادل NVT/NPT (در مجموع ۱۰ ns) ،و 200-370 ns تولید اجرا (310 K)تجزیه و تحلیل های کلیدی شامل توابع توزیع شعاعی (RDF) ، پیوند هیدروژن، انرژی آزاد پیوند و متوسط جابجایی مربع (MSD) برای ارزیابی انتشار کلسترول بود.

یافته های کلیدی

• رابطه ی مرتبط:β-CD و 2HPβ-CD پیچیدگی های مستحکم شامل کلسترول را تشکیل می دهند، در حالی که α-CD به دلیل اندازه کوچکتر حفره خود، تعاملات ضعیف تری را نشان می دهد.نمودارهای RDF وابستگی کلسترول بالاتر برای مشتقات β-CD را تأیید کردند.
• اتصال هیدروژن:گروه های هیدروکسیلی بر روی β-CD و 2HPβ-CD پیوند های هیدروژنی متعدد را با کلسترول تشکیل می دهند و ثبات پیچیده را افزایش می دهند.
• ترمودینامیک:محاسبات انرژی آزاد اتصال، پیچیدگی خود به خود را نشان داد، با 2HPβ-CD که بالاترین ثبات را نشان می دهد.
• تحرک کلسترول:تجزیه و تحلیل MSD نشان داد که انتشار کلسترول در هنگام اتصال به β-CD یا 2HP-β-CD به طور قابل توجهی کاهش یافته است، که ضبط موثر را تایید می کند.
• تغییرات حرکتی:در یک نسخه 2HPβ-CD، انسداد کلسترول کامل پس از 318 ns رخ داد، که اهمیت طول کشیدن زمان نمونه برداری را نشان می دهد.

بحث و پیامدهای آن

این مطالعه β-CD و 2HPβ-CD را به عنوان عوامل پاک کننده کلسترول امیدوار کننده ای قرار می دهد که قادر به تشکیل مجتمع های پایدار هستند که تحرک کلسترول را محدود می کنند.2HPβ-CD ‬حل پذیری عالی در آب و قدرت اتصال آن را به ویژه برای توسعه داروها مناسب می کندمحدودیت ها شامل تقریبات میدان نیروی و عدم محیط بیولوژیکی است؛ کارهای آینده می تواند شامل میدان های نیروی پیشرفته و رقبای بیومولکول باشد.

نتیجه گیری

این تحقیق محاسباتی توضیح می دهد که چگونه سایکلودکسترین ها مولکول های کلسترول را به صورت انتخابی گیر می آورند و مشتقات β-CD به عنوان کاندیداهای مطلوب ظاهر می شوند.این یافته ها راه را برای تأیید تجربی و طراحی درمان های مبتنی بر سایکلودکسترین برای هدف قرار دادن هیپروکولسترولیمیا فراهم می کند..