دوره 15، شماره 3 - ( مجله کنترل، جلد 15، شماره 3، پاییز 1400 )
جلد 15 شماره 3,1400 صفحات 22-13 |
برگشت به فهرست نسخه ها
Download citation:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
BibTeX | RIS | EndNote | Medlars | ProCite | Reference Manager | RefWorks
Send citation to:
Sohrabi N, Alihosseini A, Piroozfar V, Zamani Pedram M. Design of the optimal magnetic field in application of functionalized CNT-based drug delivery toward the cell membrane: Computational Analysis. JoC 2021; 15 (3) :13-22
URL: http://joc.kntu.ac.ir/article-1-762-fa.html
URL: http://joc.kntu.ac.ir/article-1-762-fa.html
سهرابی نفیسه، علی حسینی افشار، پیروزفر وحید، زمانی پدرام میثم. طراحی بهینه پروفایل میدان مغناطیسی جهت دارورسانی نانولوله های عامل دار شده به داخل غشای سلولی: آنالیز محاسباتی. مجله کنترل. 1400; 15 (3) :13-22
نفیسه سهرابی1 
، افشار علی حسینی1 ، وحید پیروزفر1 ، میثم زمانی پدرام* 2
، افشار علی حسینی1 ، وحید پیروزفر1 ، میثم زمانی پدرام* 2
1- دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه آزاد واحد تهران مرکز
2- دانشکده مهندسی برق، گروه مهندسی مکاترونیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2- دانشکده مهندسی برق، گروه مهندسی مکاترونیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده: (12865 مشاهده)
امروزه در پزشکی استفاده از نانو کربن (CN) کاربرد چشمگیری دارد از جمله آن میتوان به تشخیص بیماریهای سرطان و درمان آنها اشاره نمود. در بین انواع مختلف نانوکربنها، نانوکربنهای لولهای (CNTs) توجه بسیاری از گروه های تحقیقاتی را در راستای کاربردهای درمانی به خود جذب کرده است. به دلیل ساختار ذاتی نانولولهها، میتوان از آنها به طور گسترده به عنوان حاملهای دارویی استفاده کرد. عاملدار نمودن نانوکربنهای لولهای و ترکیب آنها با داروها و نانو ذرات مغناطیسی (MNPs)، امکان دارورسانی هوشمند را محقق کرده است. نانوذرات مغناطیسی در کنار نانولوله نقش عملگر را بازی میکنند که قابلیت تحریک توسط میدان مغناطیسی خارجی را دارد. دارو رسانی به یک محدوده خاص به ویژه به داخل سلول های سرطانی از اهمیت ویژهای برخوردار است. برای این منظور درک مناسب از میزان نیروی مورد نیاز جهت اعمال بر نانولوله ها و عبور غیر تهاجمی از لایههای غشای سلول های سرطانی در راستای دارورسانی هدفمند و هوشمند بسیار ضروری است.
در این تحقیق، چگونگی عبور کنترل شدهی نانولولههای عامل دار شده حاوی داروی ضد سرطان از غشا سلولی(سلول ریه) مورد مطالعه قرار گرفته میشود. مدل ریاضی ارائه شده در این تحقیق، رفتار غشا سلولی در حوزه فرکانس و ارتباط بین سرعت عبور از غشا و نیروی موثر را بیان میکند. دادههای محاسبات مولکولی به همراه معادلات دینامیکی در فضای فرکانس به صورت مدل ریاضی ارائه میشود بر مبنای معادلات مستخرج، پروفایل بهینه میدان مغناطیسی خارجی بدست میآید. نتایج و شرایط بهینه ایجاد شده برای میدان مغناطیسی و گرادیان میدان مغناطیسی برای دارورسانی به داخل سلول در فاصله زمانیهای 30 ثانیه، 1، 2 و 5 دقیقه ارائه شده است و نتیجه آن شد که هرچه حاصل ضرب گرادیان در میدان مغناطیسی بیشتر باشد، نیروی اعمالی بیشتر می شود و بلعکس. در واقع حاصل ضرب این دوفاکتور است که باعث اعمال نیرو و حرکت نانولوله های عامل دار شده حاوی داروی ضد سرطان می شود. و با اعمال محدوده مجاز میدان مغناطیسی برای سلامت انسان و همچنین با در نظر گرفتن توان دستگاه های موجود جهت اعمال میدان مغناطیسی، با رسم نمودار نتیجه شد که هر چه نیاز به عملکرد سریع تر داشته باشیم، شدت میدان مغناطیسی بیشتری نیز باید اعمال کنیم.
در این تحقیق، چگونگی عبور کنترل شدهی نانولولههای عامل دار شده حاوی داروی ضد سرطان از غشا سلولی(سلول ریه) مورد مطالعه قرار گرفته میشود. مدل ریاضی ارائه شده در این تحقیق، رفتار غشا سلولی در حوزه فرکانس و ارتباط بین سرعت عبور از غشا و نیروی موثر را بیان میکند. دادههای محاسبات مولکولی به همراه معادلات دینامیکی در فضای فرکانس به صورت مدل ریاضی ارائه میشود بر مبنای معادلات مستخرج، پروفایل بهینه میدان مغناطیسی خارجی بدست میآید. نتایج و شرایط بهینه ایجاد شده برای میدان مغناطیسی و گرادیان میدان مغناطیسی برای دارورسانی به داخل سلول در فاصله زمانیهای 30 ثانیه، 1، 2 و 5 دقیقه ارائه شده است و نتیجه آن شد که هرچه حاصل ضرب گرادیان در میدان مغناطیسی بیشتر باشد، نیروی اعمالی بیشتر می شود و بلعکس. در واقع حاصل ضرب این دوفاکتور است که باعث اعمال نیرو و حرکت نانولوله های عامل دار شده حاوی داروی ضد سرطان می شود. و با اعمال محدوده مجاز میدان مغناطیسی برای سلامت انسان و همچنین با در نظر گرفتن توان دستگاه های موجود جهت اعمال میدان مغناطیسی، با رسم نمودار نتیجه شد که هر چه نیاز به عملکرد سریع تر داشته باشیم، شدت میدان مغناطیسی بیشتری نیز باید اعمال کنیم.
واژه‌های کلیدی: نانولوله های کربنی، مدل سازی مولکولی، شبیه سازی دینامیک مولکولی، شناسایی سیستم، میدان مغناطیسی، طراحی بهینه
نوع مطالعه: پژوهشي |
موضوع مقاله:
تخصصي
دریافت: 1399/2/30 | پذیرش: 1399/11/27 | انتشار الکترونیک پیش از انتشار نهایی: 1399/12/8 | انتشار: 1400/11/12
دریافت: 1399/2/30 | پذیرش: 1399/11/27 | انتشار الکترونیک پیش از انتشار نهایی: 1399/12/8 | انتشار: 1400/11/12
فهرست منابع
1. [1] Weigl, B. H., & Yager, P. (1999). Microfluidic diffusion-based separation and detection. Science, 283(5400), 346-347. [DOI:10.1126/science.283.5400.346]
2. [2] Zhang, Y., Kohler, N., & Zhang, M. (2002). Surface modification of superparamagnetic magnetite nanoparticles and their intracellular uptake. Biomaterials, 23(7), 1553-1561. [DOI:10.1016/S0142-9612(01)00267-8]
3. [3] Cooper, R. P., Doyle, J. F., Dunn, D. S., Vellinger, J. C., & Todd, P. (2004). Multistage magnetic particle separator II. Classification of ferromagnetic particles. Separation science and technology, 39(12), 2809-2825. [DOI:10.1081/SS-200028762]
4. [4] Lau, C. K., Diem, M. D., Dreyfuss, G., & Van Duyne, G. D. (2003). Structure of the Y14-Magoh core of the exon junction complex. Current Biology, 13(11), 933-941. [DOI:10.1016/S0960-9822(03)00328-2]
5. [5] Lübbe, A. S., Bergemann, C., Brock, J., & McClure, D. G. (1999). Physiological aspects in magnetic drug-targeting. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 194(1-3), 149-155. [DOI:10.1016/S0304-8853(98)00574-5]
6. [6] Balimane, P. V., & Chong, S. (2005). Cell culture-based models for intestinal permeability: a critique. Drug discovery today, 10(5), 335-343. [DOI:10.1016/S1359-6446(04)03354-9]
7. [7] Baghaei, B., Saeb, M. R., Jafari, S. H., Khonakdar, H. A., Rezaee, B., Goodarzi, V., & Mohammadi, Y. (2017). Modeling and closed‐loop control of particle size and initial burst of PLGA biodegradable nanoparticles for targeted drug delivery. Journal of Applied Polymer Science, 134(33), 45145. [DOI:10.1002/app.45145]
8. [8] Jordan, A., Scholz, R., Wust, P., Fähling, H., & Felix, R. (1999). Magnetic fluid hyperthermia (MFH): Cancer treatment with AC magnetic field induced excitation of biocompatible superparamagnetic nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic materials, 201(1-3), 413-419. [DOI:10.1016/S0304-8853(99)00088-8]
9. [9] Hilger, I., Frühauf, K., Andrä, W., Hiergeist, R., Hergt, R., & Kaiser, W. A. (2002). Heating potential of iron oxides for therapeutic purposes in interventional radiology. Academic radiology, 9(2), 198-202. [DOI:10.1016/S1076-6332(03)80171-X]
10. [10] Zhang, W., Zhang, Z., & Zhang, Y. (2011). The application of carbon nanotubes in target drug delivery systems for cancer therapies. Nanoscale research letters, 6(1), 555. [DOI:10.1186/1556-276X-6-555]
11. [11] Ortega-Guerrero, A., Espinosa-Duran, J. M., & Velasco-Medina, J. (2016). TRPV1 channel as a target for cancer therapy using CNT-based drug delivery systems. European Biophysics Journal, 45(5), 423-433. [DOI:10.1007/s00249-016-1111-8]
12. [12] Wang, J. T. W., & Al-Jamal, K. T. (2015). Functionalized carbon nanotubes: revolution in brain delivery. Nanomedicine, 10(17), 2639-2642. [DOI:10.2217/nnm.15.114]
13. [13] Nikitin, M., Torno, M., Chen, H., Rosengart, A., & Nikitin, P. I. (2008). Quantitative real-time in vivo detection of magnetic nanoparticles by their nonlinear magnetization. Journal of applied Physics, 103(7), 07A304. [DOI:10.1063/1.2830947]
14. [14] Hamdi, M., & Ferreira, A. (2012, October). Computational study of superparamagnetic nanocapsules crossing the blood-brain barrier: A robotics approach. In 2012 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (pp. 2313-2318). IEEE. [DOI:10.1109/IROS.2012.6385842]
15. [15] Kong, S. D., Lee, J., Ramachandran, S., Eliceiri, B. P., Shubayev, V. I., Lal, R., & Jin, S. (2012). Magnetic targeting of nanoparticles across the intact blood-brain barrier. Journal of controlled release, 164(1), 49-57. [DOI:10.1016/j.jconrel.2012.09.021]
16. [16] Zhang, X., Meng, L., Lu, Q., Fei, Z., & Dyson, P. J. (2009). Targeted delivery and controlled release of doxorubicin to cancer cells using modified single wall carbon nanotubes. Biomaterials, 30(30), 6041-6047. [DOI:10.1016/j.biomaterials.2009.07.025]
17. [17] Hajipour, M. J., Santoso, M. R., Rezaee, F., Aghaverdi, H., Mahmoudi, M., & Perry, G. (2017). Advances in alzheimer's diagnosis and therapy: The implications of nanotechnology. Trends in biotechnology, 35(10), 937-953. [DOI:10.1016/j.tibtech.2017.06.002]
18. [18] Pérez-Herrero, E., & Fernández-Medarde, A. (2015). Advanced targeted therapies in cancer: Drug nanocarriers, the future of chemotherapy. European journal of pharmaceutics and biopharmaceutics, 93, 52-79. [DOI:10.1016/j.ejpb.2015.03.018]
19. [19] Hajba, L., & Guttman, A. (2016). The use of magnetic nanoparticles in cancer theranostics: Toward handheld diagnostic devices. Biotechnology advances, 34(4), 354-361. [DOI:10.1016/j.biotechadv.2016.02.001]
20. [20] Liu, Z., Robinson, J. T., Tabakman, S. M., Yang, K., & Dai, H. (2011). Carbon materials for drug delivery & cancer therapy. Materials today, 14(7-8), 316-323. [DOI:10.1016/S1369-7021(11)70161-4]
21. [21] Heister, E., Neves, V., Lamprecht, C., Silva, S. R. P., Coley, H. M., & McFadden, J. (2012). Drug loading, dispersion stability, and therapeutic efficacy in targeted drug delivery with carbon nanotubes. Carbon, 50(2), 622-632. [DOI:10.1016/j.carbon.2011.08.074]
22. [22] Nielsen, H. A., & Madsen, H. (2006). Modelling the heat consumption in district heating systems using a grey-box approach. Energy and Buildings, 38(1), 63-71. [DOI:10.1016/j.enbuild.2005.05.002]
23. [23] Chen, H.; Medley, C.; Sefah, K.; Shangguan, D.; Tang, Z.; Meng, L.; Smith, J.; Tan,W. Molecular recognition of small-cell lung cancer cells using aptamers. Chemmedchem 2008, 3, 991-1001. [DOI:10.1002/cmdc.200800030]
24. [24] Majumder, J., & Minko, T. (2020). Targeted Nanotherapeutics for respiratory diseases: cancer, fibrosis, and coronavirus. Advanced Therapeutics, 2000203. [DOI:10.1002/adtp.202000203]
ارسال پیام به نویسنده مسئول
| بازنشر اطلاعات | |
 |
این مقاله تحت شرایط Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License قابل بازنشر است. |
