طراحي بهينه پروفايل ميدان مغناطيسي جهت دارورساني نانولوله هاي عامل دار شده به داخل غشاي سلولي: آناليز محاسباتي

Design of the optimal magnetic field in application of functionalized CNT-based drug delivery toward the cell membrane: Computational Analysis

امروزه در پزشكي استفاده از نانو كربن (CN) كاربرد چشمگيري دارد از جمله آن مي­توان به تشخيص بيماري­هاي سرطان و درمان آن­ها اشاره نمود. در بين انواع مختلف نانوكربن­ها، نانوكربن­هاي لوله­اي (CNTs) توجه بسياري از گروه هاي تحقيقاتي را در راستاي كاربردهاي درماني به خود جذب كرده است. به دليل ساختار ذاتي نانولوله­ها، مي­توان از آن­ها به طور گسترده به عنوان حامل­هاي دارويي استفاده كرد. عامل­دار نمودن نانوكربن­هاي لوله­اي و تركيب آن­ها با داروها و نانو ذرات مغناطيسي (MNPs)، امكان دارورساني هوشمند را محقق كرده است. نانوذرات مغناطيسي در كنار نانولوله نقش عملگر را بازي مي­كنند كه قابليت تحريك توسط ميدان مغناطيسي خارجي را دارد. دارو رساني به يك محدوده خاص به ويژه به داخل سلول هاي سرطاني از اهميت ويژه­اي برخوردار است. براي اين منظور درك مناسب از ميزان نيروي مورد نياز جهت اعمال بر نانولوله ها و عبور غير تهاجمي از لايه­هاي غشاي سلول هاي سرطاني در راستاي دارورساني هدفمند و هوشمند بسيار ضروري است. در اين تحقيق، چگونگي عبور كنترل ­شده­ي نانولوله­هاي عامل دار شده حاوي داروي ضد سرطان از غشا سلولي(سلول ريه) مورد مطالعه قرار گرفته مي­شود. مدل رياضي ارائه شده در اين تحقيق، رفتار غشا سلولي در حوزه فركانس و ارتباط بين سرعت عبور از غشا و نيروي موثر را بيان مي­كند. داده­هاي محاسبات مولكولي به همراه معادلات ديناميكي در فضاي فركانس به صورت مدل رياضي ارائه مي­شود بر مبناي معادلات مستخرج، پروفايل بهينه ميدان مغناطيسي خارجي بدست مي­آيد. نتايج و شرايط بهينه ايجاد شده براي ميدان مغناطيسي و گراديان ميدان مغناطيسي براي دارورساني به داخل سلول در فاصله زماني­هاي 30 ثانيه، 1، 2 و 5 دقيقه ارائه شده است و نتيجه آن شد كه هرچه حاصل ضرب گراديان در ميدان مغناطيسي بيشتر باشد، نيروي اعمالي بيشتر مي شود و بلعكس. در واقع حاصل ضرب اين دوفاكتور است كه باعث اعمال نيرو و حركت نانولوله هاي عامل دار شده حاوي داروي ضد سرطان مي شود. و با اعمال محدوده مجاز ميدان مغناطيسي براي سلامت انسان و همچنين با در نظر گرفتن توان دستگاه هاي موجود جهت اعمال ميدان مغناطيسي، با رسم نمودار نتيجه شد كه هر چه نياز به عملكرد سريع تر داشته باشيم، شدت ميدان مغناطيسي بيشتري نيز بايد اعمال كنيم

Recently, Carbon Nano (CN) structures are widely used in medical applications, especially the detection and treatment of cancer disease. Among various types of CNs, Carbone Nano Tubes (CNTs) attracted many researchers' attention to consider them toward clinical application. Regarding the intrinsic structure of CNTs, they can be used widely in drug delivery applications. Functionalized CNTs and conjugated with drug and magnetic nanoparticles (MNPs), represents an opportunity toward targeted drug delivery. In the mentioned system, MNPs play as a magnetic actuator, which can be externally excited. Delivery of the drug to a specific area, specifically inside the cellular membrane, is essential. To conduct a well-designed delivery system, the interaction force profile is needed to cross the CNTs through the membrane. The process is the primary point in a targeted drug delivery system. In this study, the computational analysis of crossing functionalized /CNTs containing anti-cancer drug through the cell membrane (lung cell) are investigated. The mathematical model shows the frequency behaviour of the cell membrane and provides a physical relation between crossing velocities and interaction forces. In this paper, the result is based on a complex Molecular scale simulation in which they entirely compute the producer of drug delivery. The dynamics equation of the system is presented in the time and frequency domain, which can lean to provide an optimal external magnetic field profile. This design helps nanotechnologist to precisely analyze drug delivery dynamics during the time and how to implement in clinical applications. The results provide an optimal profile to deliver the drug and crossing through the cell membrane in 30 seconds, 1, 2 and 5 minutes.