مطالعه ترمودینامیکی جذب داروی لوودوپا بر روی نانولوله‌های بور نیتریدی زیگزاگ با استفاده از نظریه تابع چگالی

پیش‌زمینه و هدف: هدف از کاربرد نانو حامل‌ها در صنعت داروسازی، کاهش عوارض جانبی و کنترل سرعت رهش ماده موثره است، چراکه با روش‌های معمول مصرف دارو نظیر مصرف خوراکی و تزریقی، دارو در سراسر بدن توزیع‌شده، تمام بدن تحت اثرات دارو قرار گرفته و عوارض جانبی دارو بروز می‌کند. با گسترش روش‌های نوین دارورسانی می‌توان بدون آسیب رساندن به سایر بافت‌ها به بیشترین تاثیرپذیری دست یافت. در این پژوهش، با توجه به اهمیت داروی لوودوپا به‌عنوان خط اول درمان بیماری پارکینسون، برهمکنش این دارو بر روی نانولوله‌های بور نیتریدی به‌عنوان حامل و امکان تشکیل کمپلکس پایدار بین آن‌ها بررسی شد.مواد و روش کار: در مطالعه ترمودینامیکی حاضر، جذب لوودوپا بر روی نانولوله بور نیتریدی با استفاده از تئوری تابع چگالی (dft) بررسی شد. برای بهینه کردن ساختار نانو بور نیتریدی و داروی لوودوپا، روش و مجموعه پایه b3lyp/6-31g(d) به‌کاربرده شد. انرژی برهمکنش به‌منظور تعیین پایداری جذب دارو بر روی نانولوله بورنیترید محاسبه شد.یافته‌ها: مقدار انرژی جذب و تغییر آنتالپی منفی بوده و فرایند جذب گرماده و ازنظر ترمودینامیکی مساعد بود. نتایج حاصل از محاسبات نظریه اوربیتال پیوندی طبیعی(nbo) نشان داد، لوودوپا نقش الکترون دهندگی و نانولوله بورنیترید نقش الکترون گیرندگی را دارد، که این عامل باعث تغییر انرژی پایداری پیوندها در نانولوله شده است. همین اثر را پتانسیل الکترواستاتیکی مولکولی نیز ثابت کرد. تحلیل نتایج به‌دست‌آمده از نظریه ‌اتم در مولکول (aim)، ماهیت جزئی کوالانسی را برای کمپلکس لوودوپا- نانولوله نشان داد.بحث و نتیجه‌گیری: نتایج حاصل از مطالعه انرژی جذب، توابع ترمودینامیکی، پارامترهای ساختاری، پارامترهای  aim و آنالیز nbo نشان داد، فرایند جذب دارو مطلوب بوده و با توجه به امکان تشکیل کمپلکس پایدار پیش‌بینی می‌شود نانولوله‌های بورنیتریدی، حامل مناسبی برای رسانش لوودوپا به سلول‌های هدف باشند.

thermodynamic study of levodopa drug adsorption on zigzag boron nitride nanotubes by density functional theory (dft) method

background & aims: the overall goal of utilizing nanotubes in drug delivery is to treat a disease effectively with minimum side effects and control the drug release rate. with common methods of taking the medication, such as orally and intravenously, the drug is distributed throughout the body, and the whole body is affected by the drug, and adverse side effects occur. with the development of new methods of drug delivery, maximum effectiveness can be achieved without harming other tissues. in this research, considering the importance of levodopa as the first line of treatment for parkinson’s disease, the interaction of this drug on boron nitride nanotubes (bnnts) as a carrier and the possibility of forming a stable complex between them was investigated. materials & methods: in the present thermodynamic study, the adsorption of levodopa on boron nitride nanotubes was investigated using density functional theory (dft). b3lyp/6-31g(d) method and basis set was used to optimize the structure of nanoboron nitride and levodopa drug. the interaction energy was calculated in order to determine the stability of drug adsorption on boron nitride nanotubes.results: the amount of absorpted energy and enthalpy change were negative and so the absorption process was exothermic and thermodynamically favorable. the results of natural bonding orbital (nbo) theory calculations showed that levodopa has the role of electron donor and boronitride nanotube has the role of electron acceptor, which has changed the stability energy of the bonds in the nanotube. the same effect was also proved by molecular electrostatic potential. analysis of the results obtained from the atom-in-molecule theory (aim) revealed the partial covalent nature of the levodopa-nanotube complex.conclusion: the results of the study of adsorption energy, thermodynamic functions, structural parameters, aim parameters, and nbo analysis showed that the drug absorption process was favorable and considering the possibility of forming a stable complex, bornitride nanotubes are expected to be suitable carriers for delivering levodopa to target cells.