In silico μελέτες και εφαρμογή φασματοσκοπίας NMR φυσικών προϊόντων για την εξόρυξη ευεργετικών στην υγεία βιοδραστικών ουσιών

Abstract

Quercetin (QUE) has emerged as a significant bioactive compound with potential applications in various pharmaceutical products. The reported health benefits of QUE include cardiovascular protection, ulcer treatment, anti-allergic, antiviral, anti-inflammatory, and anticancer properties. However, QUE, beyond its benefits, presents low water solubility and, consequently, bioavailability. To address this issue, cyclodextrins have been used as delivery vehicles. Cyclodextrins (CDs) are a group of cyclic oligosaccharides consisting of monosaccharide units. Cyclodextrins, particularly hydroxypropyl-β-cyclodextrins (HP-β-CD), have been widely used to protect drugs from metabolic inactivation and to enhance the aqueous solubility and, thus, the bioavailability of poorly soluble drug molecules. For this purpose, two different encapsulation complexes of QUE with 2HP-β-CD and 2,6Me-β-CD were synthesized. The encapsulation in the dimeric complexes [2HP-β-CD]2 and [2,6Me-β-CD]2 was then studied using computational chemistry to better simulate the experimental system. A series of techniques, such as 1H NMR spectroscopy, T1 measurements, molecular dynamics simulations, fluorescence spectroscopy, and DFT calculations, were carried out to study the interactions of quercetin with the cyclodextrins 2HP-β-CD and 2,6Me-β-CD. The results are quite promising and in perfect harmony with each other. Based on the above calculations, it was found that the cyclodextrins are suitable for complexation, and more specifically, the QUE molecule is more strongly encapsulated within the dimeric [2HP-β-CD]2 complex. In conclusion, cyclodextrins are suitable carriers for the creation of pharmaceutical formulations containing quercetin because these formulations overcome the solubility issues of quercetin.

Η κερκετίνη (QUE) έχει αναδειχθεί ως ένα σημαντικό βιοενεργό συστατικό με πιθανές εφαρμογές σε πολλά φαρμακευτικά προϊόντα. Τα αναφερόμενα οφέλη της QUE για την υγεία περιλαμβάνουν την καρδιαγγειακή προστασία, την καταπολέμηση του έλκους, τις αντιαλλεργικές, αντιιικές, αντιφλεγμονώδεις και αντικαρκινικές ιδιότητες. Η QUE πέρα από τα οφέλη της παρουσιάζει χαμηλή υδατοδιαλυτότητα και συνεπώς βιοδιαθεσιμότητα. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος χρησιμοποιήθηκαν οι κυκλοδεξτρίνες ως οχήματα μεταφοράς. Οι κυκλοδεξτρίνες (CDs) είναι μια ομάδα κυκλικών ολιγοσακχαριτών που αποτελούνται από μονομερή σάκχαρα. Οι κυκλοδεξτρίνες και ιδιαίτερα οι υδροξυ-προπυλο-κυκλοδεξτρίνες (HP-β-CD) έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για την προστασία των φαρμάκων από τη μεταβολική αδρανοποίηση, καθώς και για την ενίσχυση της υδατικής διαλυτότητας και, ως εκ τούτου, της βιοδιαθεσιμότητας των ελάχιστα διαλυτών φαρμακευτικών μορίων. Για τον σκοπό αυτό συντέθηκαν δύο διαφορετικά σύμπλοκα ενθυλάκωσης της QUE με τη 2HP-β-CD και 2,6Me-β-CD. Στη συνέχεια μελετήθηκε ο εγκλωβισμός στα διμερή συγκροτήματα [2HP-β-CD]2 και [2,6Me-β-CD]2, με υπολογιστική χημεία ώστε να προσομοιωθεί καλύτερα το πειραματικό σύστημα. Μια σειρά τεχνικών, όπως φασματοσκοπία 1H NMR, μετρήσεις Τ1, προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής, φασματοσκοπία φθορισμού και υπολογισμοί DFT πραγματοποιήθηκαν για να μελετηθούν οι αλληλεπιδράσεις της κερκετίνης με τις κυκλοδεξτρίνες 2HP-β-CD και 2,6Me-β-CD. Τα αποτελέσματα είναι αρκετά ενθαρρυντικά και σε απολυτή αρμονία μεταξύ τους. Με βάση τους παραπάνω υπολογισμούς διαπιστώθηκε πως η κυκλοδεξτρίνες είναι κατάλληλες για συμπλοκοποίηση, και πιο συγκεκριμένα το μόριο της QUE είναι ισχυρότερα ενθυλακωμένο εντός του διμερούς [2HP-β-CD]2. Συμπερασματικά, οι κυκλοδεξτρίνες είναι κατάλληλοι φορείς για τη δημιουργία φαρμακευτικών σκευασμάτων που να περιέχουν κερκετίνη διότι τα σκευάσματα αυτά στερούνται τα προβλήματα διαλυτότητας της κερκετίνης.