İlaç taşıyıcı pluronicl64 polimerinin ibuprofen etkileşiminin ve ilaç hapsetme veriminin kaba tanecikli moleküler simülasyonlarla belirlenmesi

Abstract

Bilgisayar simülasyonları, moleküllerin yapısını ve dinamik davranışlarını analiz etmek için kullanılmaktadır ve farklı zaman ve uzunluk ölçeklerinde geçerlidir. Bu çalışmada Dağılıcı Parçacık Dinamiği olarak adlandırılan kaba tanecikli bir simülasyon tekniğiyle simülasyonlar gerçekleştirilmektedir. Dağılıcı Parçacık Dinamiği yönteminde, kaba tanecik olarak adlandırılan her parçacık, birkaç atomun bir araya gelmesinden oluşan bir grup atomu veya bir sıvı molekül hacmini temsil eder. Bu teknik, mezoskopik ölçekte etkileşen yumuşak küresel parçacıkları, yumuşak bir potansiyel ve hidrodinamik özellikleri koruyarak termal dengeye sokmak için yönlendirmektedir. Groot ve Warren, Dağılıcı Parçacık Dinamiği yöntemindeki tamamen itici kuvvetler ve Flory-Huggins parametresi arasında bir ilişki kurarak simülasyon parametrelerinin deneysel çözünürlük parametrelerini kullanılarak hesaplanmasını sağlamıştır. Bu tip kaba-taneli modeller, karmaşık sistemlerin, polimerlerin çalışılmasında ve nanoparçacıklardan ilaç difüzyonunun incelenmesinde kullanılmaktadır. Bu çalışmada, belirli bir ilaç taşıma sisteminin simülasyonunun gerçekleştirilmesi amaçlanmıştır. İlaç taşıma için polimer sistemi olarak Pluronic kullanılmıştır. Pluronic zincirleri, bir triblok yapı içerisinde düzenlenmiş hidrofilik ve hidrofobik blokları içeren amfifilik blok kopolimerleridir. Hidrofilik ve hidrofobik bloklar, polietilen glikol (PEG) ve polipropilen oksitten (PPO) oluşur ve polimerik zincirdeki bu hidrofilik ve hidrofobik birimlerin sayısı, Pluronic zincirinin yapısını ve özelliklerini karakterize eder. Burada, ilaç taşıma polimer sisteminin yapısı ve ilaç yükleme kapasitesi için PluronicL64'ü ile çalışılmış ve simülasyonlar gerçekleştirilmiştir. Misel ilaç taşıyıcı polimer yapıları, sudaki polimer konsantrasyonunu değiştirerek oluşturulmuş ve ardından İbuprofen ilacı yüklenmiştir. İlaç yükleme kapasitesi, İbuprofen moleküllerinin sayısının bir fonksiyonu olarak izlenmiş ve önemli miktarda ilaç yüklemesi fark edilmiştir. Ek olarak, polimer-ilaç kombinasyonlarının moleküler yapıları Radyal Dağılım Fonksiyonu hesaplanarak belirlenmiş ve belirli bir karışım için hidrofilik-ilaç etkileşiminin hidrofobik-ilaç etkileşimlerine oranla daha baskın olduğu görülmüştür.

Computer simulations are used to analyze the structural and dynamic behavior of molecules and apply to different time and length scales. In this study, simulations are performed by a simulation method referred as Dissipative Particle Dynamics at the mesoscopic scale. In Dissipative Particle Dynamics method, each particle called a bead represents a group of atoms or a volume of a liquid molecule. In this technique, the particles interact by a soft potential and the pairwise nature of these interactions preserve the hydrodynamics, which leads to the thermal equilibrium. Groot and Warren established a correlation between the Dissipative Particle Dynamics method and the Flory-Huggins solution theory, allowing the simulation parameters to be computed from experimental solubilities. Dissipative Particle Dynamics method has been used in the study of complex systems, polymers, and drug release from nanoparticles. In this study, we aim to simulate a particular drug delivery system. The polymer system used for the drug delivery is referred as Pluronics. Pluronics are amphiphilic block copolymers containing hydrophilic and hydrophobic blocks arranged in a triblock structure. The hydrophilic and hydrophobic blocks consist of polyethylene glycol (PEG) and polypropylene oxide (PPO), respectively and the number of these hydrophilic and hydrophobic units in the polymeric chain characterizes the structure and properties of Pluronics. In this thesis, we simulate PluronicL64 for the structure of the drug delivery polymer system and for its drug loading capacity. Micellar drug carrier polymer structures are created by changing the polymer concentration in water and then drugs, Ibuprofen and Aspirin, are loaded. The drug loading capacity values are monitored as a function of the number of drug molecules and a significant degree of drug loading is noticed. Moreover, investigation of the local structure via Radial Distribution Function computation reveals that the hydrophilic-drug interactions are more dominant than the hydrophobic-drug interactions for a particular mixture.