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Type: TCC
Title: Estudo da estrutura mesoporosa mil-100(Fe) como adsorvente para sistemas de drug delivery através de simulação molecular
Authors: Pinheiro, Vinícius Sousa
Advisor: Silvino, Pedro Felipe Gadelha
Keywords: Drug delivery;Simulação molecular;Adsorção;Estrutura porosa
Issue Date: 2022
Citation: PINHEIRO, Vinícius Sousa. Estudo da estrutura mesoporosa mil-100(Fe) como adsorvente para sistemas de drug delivery através de simulação molecular. 2022. 53 f. Monografia (Graduação em Engenharia Química) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Abstract in Brazilian Portuguese: Um eficiente sistema de drug delivery é capaz de melhorar a eficácia de um dado medicamento, reduzindo seus efeitos colaterais e otimizando a entrega nos sítios de ação do corpo humano. Diferentes fármacos apresentam desafios distintos a serem vencidos, demandando uma adaptação por parte do sistema de entrega (VARGASON et al., 2021). Tratando-se de moléculas pequenas com propriedades terapêuticas, estudos recorrentemente têm abordado o uso de estruturas mesoporosas como carreadoras desse tipo de droga no interior dos seus poros, promovendo um alto carregamento e proporcionando uma liberação gradativa de substâncias diversas (HORCAJADA et al., 2006; CUNHA et al., 2013). O foco do presente trabalho, portanto, foi estudar o potencial da estrutura MIL-100(Fe) como adsorvente utilizando de simulações moleculares DFT (do inglês, Density Functional Theory) – a fim de otimizar geometricamente as moléculas das drogas cafeína, ibuprofeno, metilfenidato, clorambucila e camptotecina, bem como os clusters da MIL-100(Fe) – e de Monte Carlo – com intuito de reproduzir o processo de adsorção das drogas nas estrutura metalorgânica –. Os carregamentos máximos obtidos para cafeína e ibuprofeno foram de 698 mg/g e 552 mg/g, respectivamente, encontrando-se próximos dos valores relatados por Erucar e Keskin (2016) de 750 mg/g e 570 mg/g, nessa sequência. Logo, o modelo adotado foi considerado em conformidade com a literatura e deu-se prosseguimento ao estudo. As demais drogas apresentaram promissores resultados, em especial clorambucila e camptotecina, visto que seus processos de adsorção simulada apresentaram favorecimento termodinâmico. No geral, foram encontrados indícios de que moléculas anfifílicas com múltiplos pontos de caráter polar e apolar interagem melhor com a estrutura porosa MIL-100(Fe), a julgar principalmente pela alta liberação de energia durante o processo de adsorção da camptotecina, molécula com vários ciclos ressonantes e diversas regiões polares.
Abstract: An efficient drug delivery system is capable of improving the effectiveness of a given drug, reducing its side effects and optimizing delivery to the sites of action in the human body. Different drugs present different challenges to be overcome, demanding an adaptation by the delivery system (VARGASON et al., 2021). In the case of small molecules with therapeutic properties, studies have recurrently addressed the use of mesoporous structures as carriers of this type of drug inside their pores, promoting a high loading and providing a gradual release of various substances (HORCAJADA et al., 2006 ; CUNHA et al., 2013). The focus of the present work, therefore, was to study the potential of the MIL-100(Fe) structure as an adsorbent using molecular simulations DFT (Density Functional Theory) – in order to geometrically optimize the molecules of the drugs caffeine, ibuprofen, methylphenidate, chlorambucil and camptothecin, as well as the MIL-100(Fe) clusters – and Monte Carlo – with the aim of reproducing the drug adsorption process on the metalorganic structure –. The maximum loadings obtained for caffeine and ibuprofen were 698 mg/g and 552 mg/g, respectively, close to the values reported by Erucar and Keskin (2016) of 750 mg/g and 570 mg/g, in this sequence. Therefore, the adopted model was considered in accordance with the literature and the study was continued. The other drugs showed promising results, especially chlorambucil and camptothecin, since their simulated adsorption processes showed thermodynamic favoring. In general, evidence was found that amphiphilic molecules with multiple points of polar and non-polar character interact better with the porous structure MIL-100(Fe), judging mainly by the high release of energy during the adsorption process of camptothecin, a molecule with several resonant cycles and polar regions.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/70215
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