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在纳米医学领域，开发新型药物递送系统面临挑战。研究人员开展了卡铂与 PEG 功能化Fe@C60相互作用的研究，利用 DFT 和 MD 模拟，发现 PEG 增强了复合物稳定性等。这为药物递送和癌症治疗提供了理论依据。
在现代医学追求精准治疗的浪潮中，癌症治疗始终是医学领域的核心攻坚方向。卡铂（Carboplatin）作为一种常用的铂类化疗药物，在卵巢癌、肺癌和睾丸癌等多种恶性肿瘤的治疗中发挥着重要作用。然而，它就像一把双刃剑，在对抗癌细胞的同时，也带来了肾毒性和神经毒性等严重副作用，极大地限制了其临床应用。与此同时，纳米医学领域致力于开发新型纳米载体用于药物递送系统，期望能将治疗药物精准地输送到靶位点，减少对正常组织的损害。富勒烯（Fullerene），尤其是由 60 个碳原子组成的
C60富勒烯，凭借其独特的高比表面积、良好的生物相容性以及能与多种分子形成稳定复合物的特性，成为极具潜力的纳米载体候选者。不过，富勒烯在水环境中的低溶解性又成了阻碍其应用的一大难题。为了解决这些问题，来自沙特国王大学（King Saud University）的研究人员开展了一项关于卡铂与聚乙二醇（Polyethylene Glycol，PEG）功能化的铁封装富勒烯
(Fe@C60)分子相互作用的研究，相关成果发表在《Scientific Reports》上。
这项研究综合运用了密度泛函理论（Density Functional Theory，DFT）和分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulations，MD）两种关键技术方法。DFT 用于探究分子的电子结构及其相互作用，计算分子的能量水平、电荷分布和分子几何结构等关键性质；MD 模拟则从动态角度观察药物 - 载体复合物在模拟生理环境中的行为。
研究结果如下：
- 卡铂结构特性剖析：通过计算卡铂分子中原子间的键长和键角，研究人员发现理论值与实验值存在细微差异，表明 DFT 在预测分子几何结构方面有一定可靠性，但也存在局限性。卡铂的原子电荷分布显示，铂原子带正电，氮、氧原子带负电，这种电荷分布影响其与生物大分子的相互作用。IR 光谱和吸收光谱揭示了卡铂的分子振动模式和电子跃迁情况，与其他铂类药物相比，卡铂独特的草酸根配体使其具有独特的光谱特征。HOMO - LUMO 能隙反映出卡铂的反应活性和稳定性，其 HOMO 主要定域在 C - O 键，LUMO 定域在铂中心和NH3配体上。
- Fe@C60 - PEG 系统性质探究：研究不同 PEG 修饰程度的Fe@C60结构发现，PEG 的引入增强了Fe@C60分子的稳定性，形成能降低。随着 PEG 层数增加，带隙能量呈现变化趋势，电子迁移率增强，系统导电性可能提高。同时，PEG 修饰还改变了系统的磁性和极性，磁性矩减小，偶极矩增大，有利于与极性生物靶点相互作用。
- 卡铂与Fe@C60 - PEG 复合物特性研究：分析卡铂与不同Fe@C60 - PEG 复合物的结合能、HOMO - LUMO 能隙、电荷分布等性质，发现结合能为负值，表明相互作用有利，能隙减小促进电荷转移，增强复合物反应活性。不同复合物中，Fe 原子和卡铂的电荷分布不同，影响它们之间的相互作用。通过计算恢复时间（τ），发现该系统具有可调节的药物释放特性。从 HOMO 和 LUMO 轨道分布、态密度（DOS）分析、IR 光谱对比以及分子描述符性质等方面进一步研究，均表明卡铂与Fe@C60 - PEG 相互作用改变了系统的电子结构、振动模式和反应活性。
研究结论和讨论部分指出，将铁封装在C60内增强了化合物的磁性，使其能在外加磁场作用下被操控，且磁性极化程度随 PEG 分子数量变化。Fe@C60 - PEG 结构的偶极矩增加，提高了化合物的溶解性和对卡铂的吸附能力。粒子的吸收能和纳米结构的能隙在一定范围内变化，影响吸收光谱结构，光谱在 200 - 600nm 范围内出现多个峰，峰位变化可作为评估卡铂与Fe@C60相互作用的实验标准。这项研究为设计更高效、低毒的药物递送系统提供了理论基础，有望推动癌症治疗领域的发展，帮助患者在抗癌之路上获得更有效的治疗手段，具有重要的科学意义和临床应用潜力。
