铁掺杂氮化硼纳米颗粒用于阿那曲唑药物递送的 DFT 研究：开启精准抗癌新征程

为改善癌症治疗，研究人员探究铁掺杂氮化硼纳米颗粒（Fe-BNNPs）载阿那曲唑，发现其有强吸附性，前景良好。

　　在癌症治疗的战场上，传统化疗就像一把 “双刃剑”。它在对抗癌细胞时，常常面临诸多难题：药物溶解度差，就像在水中难以溶解的沙子，无法充分发挥药效；靶向不精准，如同蒙着眼睛射箭，容易误伤到正常细胞，引发全身性毒性，给患者带来严重的不良反应。因此，开发高效的药物递送系统，成为提升癌症治疗效果、减少副作用的关键，就像为抗癌药物装上精准的 “导航仪”。

在此背景下，来自沙特阿拉伯伊玛目阿卜杜勒拉赫曼?本?费萨尔大学（Imam Abdulrahman Bin Faisal University）等机构的研究人员开展了一项重要研究。他们将目光聚焦于铁掺杂氮化硼纳米颗粒（Fe-BNNPs），探究其作为阿那曲唑（Anastrozole，一种用于乳腺癌治疗的关键芳香化酶抑制剂）纳米载体的潜力。相关研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用了多种技术方法来深入探究。在计算方面，运用基于密度泛函理论（DFT）的计算方法，借助 TurboMole 代码、DFTB + 以及 Ab-initio OpenMX 模拟包，全面分析阿那曲唑与 Fe-BNNPs 之间的相互作用机制，涵盖结合能、电子性质和结构稳定性等方面 。在优化结构时，利用簇方法和 k 点采样，结合 PBE 泛函和 def2-TZVP 基组确定最低能量构象，并通过特定方法校正基组叠加误差（BSSE）。

研究结果令人振奋。首先是纳米颗粒的结构特性，氮化硼纳米颗粒（BNNPs）表面存在多种化学键，如 B-N、N-H 和 B-H 键等，其键长和形成能受颗粒大小影响。表面氢原子或羟基（-OH）功能化修饰，会改变 BNNPs 的化学稳定性、电子和光学特性 。例如，-H 钝化的纳米颗粒结构更稳定，而 - OH 功能化则增强其化学反应性等。

接着是铁纳米簇的影响，Fe₁₅纳米簇吸附在 BNNPs 表面能增强表面极化，促进药物结合。其与不同半径的（BN）-H 和（BN）-OH 纳米颗粒结合时，结合能随纳米颗粒半径增大而减小，且（BN）-OH 纳米颗粒与 Fe₁₅纳米簇的结合更强。同时，Fe₁₅纳米簇的引入改变了纳米颗粒的能隙，产生自旋极化现象。

阿那曲唑的吸附表现同样值得关注，阿那曲唑在（BN）-H 和（BN）-OH 纳米颗粒表面主要是物理吸附。在较小半径的（BN）-H 纳米颗粒上吸附能更高，在（BN）-OH 纳米颗粒上吸附能受半径变化影响较小，且（BN）-OH 表面吸附能更高，这得益于更强的静电相互作用。Fe₁₅纳米簇的存在进一步提高了阿那曲唑的吸附能，但吸附能仍随纳米颗粒尺寸增大而降低。

电子结构分析表明，阿那曲唑与纳米颗粒结合后，在 HOMO 和 LUMO 能级附近发生有效电荷转移，导致能隙宽度改变。表面修饰和铁纳米簇的添加也显著影响纳米颗粒的态密度、偶极矩等。

环境因素对结合能的影响方面，研究发现铁功能化的 BNNPs 在不同 pH 条件下对阿那曲唑的吸附能均高于非功能化的 BNNPs。酸性环境中，铁功能化结构的偶极矩更高，吸附能也更高；碱性环境中则相反。温度升高会使阿那曲唑与功能化 BNNPs 的结合能降低，影响吸附稳定性。

在研究结论和讨论部分，研究表明（BN）-H 和（BN）-OH 纳米颗粒经铁纳米簇增强后，对阿那曲唑有良好的吸附性能。阿那曲唑与纳米颗粒的相互作用依赖于颗粒尺寸和表面性质。表面修饰铁纳米簇能改变纳米晶体的多种性质，增强阿那曲唑的结合能。光学吸收光谱可用于评估物质的相互作用状态。

这项研究意义重大，为开发更高效、更具靶向性的癌症药物递送系统提供了理论依据，有助于推动个性化癌症治疗的发展，为癌症患者带来新的希望。它填补了阿那曲唑与 Fe-BNNCs 相互作用研究的空白，为肿瘤学领域纳米载体的开发奠定了基础，在癌症治疗的漫漫长路上点亮了一盏新的明灯，指引着科研人员朝着更精准、更有效的治疗方向前进。