Dinamica molecolare e studio NMR dell'interazione tra carrier di ciclodestrine e farmaci antitumorali per drug delivery

ABSTRACT Introduction and aim of the thesis Cyclodextrins (CyD) are cyclic oligosaccharides characterized by n units of D-(+)-glucopyranose linked through a glycosidic bond. They are chemically and physically stable and they present different features that enable them to be used in the biomedical field: they are water-soluble, biocompatible, with hydrophilic outer surface and hydrophobic cavity. Among cyclodextrins, β-CyDs (n=7) have been widely used in the early stages of pharmaceutical applications because of their ready availability and cavity size suitable for the widest range of drugs. They have the shape of truncated cone and present a primary rim with a smaller diameter in respect to the secondary rim. Chemotherapy drugs have different problems: they are hydrophobic, with low solubility in water and low stability either in vivo and in vitro. All these factors reduce the therapeutic effect of the drug. In order to overcome these problems cyclodextrins have been widely used. The drug can interact with the β-CyD hydrophobic cavity and form a guest-host inclusion complex. This enhances the bioavailability of insoluble drugs by increasing the drug solubility, dissolution, drug permeability, by making the drug available at the surface of the biological barriers, in vivo and in vitro stability increases. Recently, chemically modified β-cyclodextrins derivatives have been synthesized to improve cyclodextrin interactions with hydrophobic drugs. One of the possible modifications is to chemically bind aliphatic chains of different lengths on the primary or secondary rim in order to obtain amphiphilic cyclodextrins (aCyD). This modification allows to increase cyclodextrin interactions with biological membranes, to improve the interaction of cyclodextrins with hydrophobic drugs and brings to a higher self-assembly capacity in aqueous solutions rather than β-CyD. This last property has been used to obtain β-CyD based nano-sized carriers. In the present thesis work we focused our attention on a novel type of amphiphilic cyclodextrin synthesised by A. Mazzaglia et al. These aCyDs present a thioalchilic group C6H13 (SC6OH) at the primary rim and a glycol ethylene substituent at the secondary rim. The introduction of hydrophilic ethylene glycol units significantly increases their aqueous solubility. In a further study by A. Mazzaglia et al. this type of cyclodextrin has been exploited to form nanoassemblies so as to solubilise hydrophobic anticancer drugs. Cyclodextrins and their derivatives have been used as base unit to synthetize hydrogels and nanoparticles for controlled drug release. Among various methods, network formation can be accomplished by chemical crosslinking of CyDs with epichlorohydrin as a bifunctional cross-linking agent. In the present work we have considered an oligomer (oCyD) synthesised as such made up of seven β-CyDs chemically linked synthesised by G.Vecchio et al. as reported in literature. In the present thesis we considered two hydrophobic anticancer drugs: Sorafenib drug, used for hepatocellular carcinoma treatment and Fluorouracil drug, used for colon-rectal and breast cancer treatment. The interaction between the chemotherapeutic drugs Sorafenib and Fluorouracil with the considered cyclodextrin carriers was studied using methods based on Molecular Mechanics and Molecular Dynamics simulations and the experimental NMR spectroscopy. Molecular Mechanics and Molecular Dynamics methods are based on classical mechanics and on the use of force fields (FF). FF allow an atomistic description of either the drugs and the considered carriers. In the present work a Consistence Valence Force Field was used. In this atomistic description the molecules are considered as an ensemble of particles, the nuclei, held together by elastic forces, the electrons. These forces are defined as functions of the potential energy and of the internal coordinates, bond length, bond angles and torsional angles. Using Molecular Mechanics method, we can study the most stable conformation at lowest potential energy. The lowest energy conformation is the set of bond lengths, bond angles and dihedral angles which gives the smallest potential energy. Molecular Dynamic methods describe the time evolution of the whole system at the chosen temperature, according to Newton’s equation of motion, thus following during the MD run the kinetics of inclusion complexes formation process and the system equilibration. The simulation protocol adopted consisted of the following steps. If not previously studied the geometry of the molecule considered was generated with the available templates present in the module Builder of InsightII/Discover. Then we carried out an initial potential energy minimization, and then we performed MD runs until equilibrium was achieved, monitored through the system energy and its components. At the end of MD run, we carried out final optimizations of different configurations assumed by the system saved during the MD run in order to determine the most stable geometry, or we carried out potential energy minimization of the final configuration at the end of the Molecular Dynamics simulation. In order to investigate the possible formation of 1:1 inclusion complexes the program InsightII/Discover was used. To study systems with a higher number of molecules we used Materials Studio. In the present thesis work we also investigated the interaction between β-CyD and FU drugs thanks to NMR spectroscopy. It is an analytical technique which allows to obtain detailed information about the structures of molecules by observing nuclei behaviour when immersed in a magnetic field. It is based on the absorbance of an electromagnetic radiation which causes spin transitions in NMR active nuclei. Nuclei which possess a spin quantic number I≠0 are NMR active. For the nuclei 1H and 19F considered I=½. Since they are rotating charges this generates a magnetic momentum μ. When these nuclei are subjected to an external magnetic field B0, the magnetic moment undergoes a change and goes from a random orientation to aligned to B0 through a circular motion called precession, whose angular frequency is called Larmor frequency. Then a second magnetic field B1 is applied in radio-frequency domain and perpendicular to B0. When B1 frequency is equal to the Larmor frequency we observe the phenomenon of resonance. Samples containing: a) FU drug, b) β-CyD and c) FU drug and β-CyD in a 1:1 ratio were all prepared with proper amounts of drug and carrier in deuterated water. The 1H spectrum was acquired for each sample, the 19F spectrum was acquired for sample ‘a’ and ‘c’, bi-dimensional 1H-1H ROESY spectra were recorded for sample ‘c’ finally, 1H diffusion experiments were performed on sample ‘a’ and ‘c’ for comparison. The aim of the present thesis work is to investigate the possible interaction between anticancer drugs such as Fluorouracil and Sorafenib with possible cyclodextrins carrier in order to achieve a higher aqueous solubility. Theoretical results were then compared with the available experimental data present in literature or obtained at the Politecnico di Milano NMR facility. Results and discussion Here we report the results obtained from the investigation of the interaction between Sorafenib drug and Fluorouracil drug with possible cyclodextrin carriers. First of all, we studied 1:1 systems of SOR drug/aCyD. We followed the simulation protocol already used in previous works by G. Raffaini et al. Molecular Dynamic simulations were carried out at T=300K using distance dependent water dielectric constant until the system equilibrium. In the most stable interaction geometries achieved at the end of the MD run we observe the host-guest complexes formation, thanks to favourable interactions between SOR drug and the lateral hydrophobic and hydrophilic chains respectively at the primary and at the secondary rim. The interaction between the SOR drug and the amphiphilic cyclodextrin aCyD induces its solubilisation. Then the 1:1 systems containing SOR drug and β-CyD were studied. Molecular Dynamic simulations were carried out at T=300K using distance dependent water dielectric constant. From the most stable interaction geometries of the system studied after MD run we can observe the inclusion complex formation only when the -CF3 substituent to the aromatic ring present in the SOR molecule in the initial interaction geometry is near the β-CyD rims. The interaction leads to stabilization, but the interaction energy calculated is however higher than the same energy for SOR drug/aCyD inclusion complexes. The initial interaction geometry which brought to the most stable interaction geometry was then hydrated and the Molecular Dynamic simulation carried out for this system confirmed the results obtained using implicit solvent. After this study we considered the systems containing SOR molecule and the CyD oligomer at different concentrations. At first, we investigated systems containing only a molecule of drug and oCyD chain, next we considered more complex systems at higher concentrations of either drug and the considered carrier. Molecular Dynamic simulations were carried out at T=300K using distance dependent water dielectric constant until equilibrium of the system was achieved. Considering the interaction geometries obtained at the end of the MD run we realize that the SOR drug is capable of interacting only with the CyD oligomer outer surface which maintains a globular shape. At low CyD oligomer concentration we observed the aggregation of drug molecules and later on the formed aggregate adsorbs on the oligomer outer surface. At CyD oligomer higher concentration the drug is in a homogeneous distribution on the oCyD outer surface. Considering these results, we can suppose that to avoid the formation of drug aggregates, CyD oligomer concentration must be high, and SOR drug concentration must remain low. Then we considered a system with a higher concentration of aCyD and SOR molecules. Molecular Dynamic simulations were carried out at T=300K in vacuo until equilibrium of the system was achieved. In the final interaction geometry obtained at the end of the MD run we observed the formation of two different clusters, a first cluster in which amphiphilic β-CyDs molecules are close to each other without interposed drug molecule and a second cluster in which amphiphilic β-CyDs molecules are more distant with interacting drug molecules arranged almost parallel to each other however placed between aCyDs. The SOR drug molecules are near aCyDs, but we didn’t observe nor inclusion complex formation nor interaction with the polar and apolar chains. In order to investigate the interaction of the drug Fluorouracil with cyclodextrin carriers at first we examined 1:1 systems FU drug/β-CyD. Molecular Dynamic simulations were carried out at T=300K using distance dependent water dielectric constant. From the most stable interaction geometries obtained after MD run we always observed the formation of an inclusion complex. This indicates that a specific orientation of FU molecule towards the β-CyD is not necessary for the inclusion complex formation with the drug in the hydrophobic cavity. The Molecular Dynamic simulation carried out hydrating the initial interaction geometry which brought to the most stable interaction geometry confirmed the results obtained with the implicit solvent and allowed to make a proper comparison with NMR data. The interaction between FU drug and β-CyD was confirmed by the chemical shift difference, in the 19F spectrum, between the single line resonance of the drug alone and in the presence of β-CyD. Moreover, diffusion experiments showed a decrease of the diffusion coefficient value for the FU drug in presence of the β-CyD, thus confirming drug/β-CyD interaction. Concerning the interaction between FU drug molecule and the CyD oligomer we considered different systems. At first we investigated the systems containing only one molecule of drug and only one molecule of oCyD, then we studied more complex systems at higher concentrations of both the drug and the considered carrier. Molecular Dynamic simulations were carried out at T=300K using distance dependent water dielectric constant. The final interaction geometries obtained showed that FU drug molecule forms inclusion complexes with the β-CyDs chemically linked in the oligomer considered. At low oCyD concentration, the interaction with the drug induced a conformational change from globular shape to elongated form. At higher CyD oligomer concentration the FU drug molecule is included in the hydrophobic cavities of β-CyDs, but CyD oligomer conformation doesn’t change. From these theoretical results we can suppose that in order to obtain a favourable interaction between the FU drug and the carrier it is necessary a high CyD oligomer concentration. In conclusion, we observed that the considered carriers are able to solubilise hydrophobic drugs like Fluorouracil and Sorafenib. Carriers able to decrease drug aggregation and favour solubilisation are important in order to decrease the dose, side effects and increase bioavailability and therapeutic effect. Considering the obtained results further Molecular Dynamic simulations should focus on the interaction of drugs and CyD oligomer in presence of water in order to validate what we obtained with implicit solvent. Furthermore, experimental data regarding the interaction between the FU drug and oCyD are not available at the moment. Therefore, further studies could be useful to better understand this interesting drug/carrier interaction.

SOMMARIO Introduzione e scopo della tesi Le ciclodestrine (CDs) sono oligosaccaridi ciclici caratterizzati da un numero n di unità di D-(+)-glucopiranosio legate tra loro tramite legame glicosidico. Sono stabili fisicamente e chimicamente, e presentano alcune caratteristiche che permettono loro di essere usate in ambito biomedicale: sono solubili in acqua, biocompatibili e presentano una cavità interna idrofobica e una superficie esterna idrofilica. Tra le ciclodestrine quelle di tipo β (n=7) sono le più utilizzate in ambito farmaceutico grazie alla loro disponibilità e alle dimensioni della cavità interna che permette loro di interagire con un gran numero di farmaci. Esse presentano una struttura a tronco di cono cavo con il bordo primario di diametro minore rispetto al bordo secondario. I farmaci chemioterapici presentano diversi problemi: sono idrofobici, hanno bassissima solubilità in acqua e bassa stabilità in vitro e in vivo. Questo ne limita l’effetto terapeutico. Per superare questi problemi è stato introdotto l’uso delle ciclodestrine. Il farmaco può così entrare ad esempio nella cavità della β-CD e formare un complesso di inclusione cosiddetto host-guest. Ne conseguono i seguenti vantaggi: la biodisponibilità dei farmaci aumenta, rendendoli più disponibili sulla superficie delle barriere biologiche, allo stesso tempo si riducono gli effetti collaterali, aumenta la stabilità del farmaco in vitro ed in vivo ed aumenta la sua shelf-life. Recentemente si è cercato di migliorare ulteriormente le interazioni tra carrier e farmaco modificando le β-CDs native stesse. Una delle possibili modifiche è l’attacco di catene carboniose a diversa lunghezza per ottenere ciclodestrine anfifiliche (aCDs). Questa modifica permette loro sia di aumentare le interazioni con le membrane biologiche sia l’interazione con farmaci idrofobici. Inoltre, le ciclodestrine anfifiliche presentano maggiori capacità di self assembly in ambiente acquoso rispetto alle β-CDs native. Proprio quest’ultima proprietà è quella maggiormente sfruttata per ottenere nanoparticelle (NPs) a base di β-CDs. Nel presente lavoro di tesi si è focalizzata l’attenzione su un nuovo tipo di ciclodestrine anfifiliche sintetizzate da A. Mazzaglia et al. Questo tipo di aCDs presenta un gruppo tioalchilico C6H13 (SC6OH) al bordo primario, mentre il bordo secondario è stato funzionalizzato con catene di glicole etilenico. L’aggiunta di queste catene aventi diversi atomi di ossigeno impartisce un carattere maggiormente idrofilico alle aCDs garantendone una buona solubilità in acqua. In uno studio successivo fatto da A. Mazzaglia et al. queste stesse aCDs sono state sfruttate per la formazione di NPs per la solubilizzazione di farmaci chemioterapici. Le CDs e i loro derivati sono stati usati come unità di base per la sintesi di materiali polimerici come idrogeli e nanoparticelle per il rilascio controllato di farmaci. Uno dei metodi più comunemente usati per legare chimicamente tra loro le CDs è l’uso di epicloroidrina. Nel presente lavoro di tesi è stato preso in considerazione un oligomero così sintetizzato (oCD) composto da sette β-CDs legate chimicamente tra loro, sintetizzato da G. Vecchio et al., riportato in letteratura. Nel presente lavorio di tesi sono stati considerati due farmaci antitumorali idrofobici, il farmaco Sorafenib (SOR), usato nel trattamento del carcinoma epatocellulare, e il farmaco Fluorouracile (FU) usato nel trattamento del cancro del colon-retto e del seno. L’interazione tra i farmaci chemioterapici Sorafenib e Fluorouracile con carrier di ciclodestrine presi in considerazione è stata studiata tramite metodi teorici di Meccanica e Dinamica molecolare e l’uso della tecnica sperimentale NMR. I metodi di Meccanica e Dinamica Molecolare si basano sulla meccanica classica e sull’utilizzo di campi di forze, force fields (FF), che permettono di descrivere atomisticamente sia i farmaci sia i carrier considerati. Nel presente lavoro di tesi, si è scelto di usare come FF il Consistence Valence Force Field. Il principio fondante della Meccanica Molecolare è considerare una molecola come un insieme di particelle, i nuclei, tenute insieme da alcune forze elastiche, gli elettroni. Queste forze sono definite in termini di funzioni dell’energia potenziale delle coordinate interne quali le lunghezze di legame, gli angoli di legame e gli angoli di torsione. Una volta definiti tutti i parametri di un campo di forze, tramite la Meccanica Molecolare è possibile studiare la conformazione a minore energia. La conformazione così calcolata sarà quella che presenta lunghezze di legami, angoli di legame e angoli diedri, che permettono di avere l’energia potenziale minima. Utilizzando simulazioni di Dinamica Molecolare invece si risolvono le equazioni di moto di Newton, che sono tante quante il numero di particelle totali del sistema, per verificarne l’evoluzione nel tempo. Dapprima si calcolano le forze agenti sulle particelle, poi possono essere valutate le velocità degli atomi integrando le equazioni del moto. Può essere generata una “traiettoria”, vista semplicemente come una storia del moto del sistema nel periodo di tempo simulato ad una data temperatura. Il protocollo di simulazione adottato prevede i seguenti passaggi. Se non precedentemente studiata, la molecola di interesse è stata costruita tramite il modulo Builder del pacchetto di programmi InsightII/Discover. Dopo di che si è proceduto con minimizzazione iniziale dell’energia potenziale posseduta dal sistema, simulazione di Dinamica Molecolare e, alla fine di questa, ottimizzazione di diverse configurazioni assunte dal sistema durante l’MD run alla ricerca del minimo assoluto oppure, ottimizzazione della semplice configurazione assunta dal sistema al termine della simulazione di Dinamica Molecolare condotta, verificato di essere giunti all’equilibrio. Per lo studio dei complessi di inclusione 1:1 è stato usato il programma InsightII/Discover. Per quanto riguarda invece lo studio di sistemi con un numero maggiore di molecole coinvolte è stato usato il programma Materials Studio fornito dalla Dassaults Systems. Nel presente lavoro di tesi si è voluto verificare tramite tecnica sperimentale di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) l’interazione tra farmaco antitumorale FU e β-CD nativa. È una tecnica analitica strumentale che permette di ottenere informazioni dettagliate sulla struttura delle molecole, osservando il comportamento di nuclei atomici immersi in un campo magnetico. Si basa sulla misura dell’assorbimento di una radiazione elettromagnetica, nell’intervallo delle radio-frequenze, che provoca una transizione di spin nucleari. I nuclei che possiedono un numero quantico di spin nucleare I≠0 sono attivi all’NMR; per i nuclei 1H e 19F da noi considerati I=½. Dal momento che essi sono cariche che ruotano questo dà luogo ad un momento magnetico μ. Quando questi nuclei sono soggetti ad un forte campo magnetico esterno, B0, il momento magnetico passa da orientato in maniera casuale ad allineato con B0 con un movimento circolare detto di precessione, la cui frequenza angolare è detta frequenza di Larmor. Si applica poi un secondo campo magnetico esterno, B1, nel dominio delle radiofrequenze e perpendicolare a B0. Quando la frequenza di B1 è uguale alla frequenza di Larmor avviene il fenomeno della risonanza. I campioni contenenti: a) il solo farmaco FU, b) la sola β-CD nativa, c) il farmaco FU e la β-CD nativa in rapporto 1:1, sono stati preparati con opportune quantità di farmaco FU e β-CD nativa in acqua deuterata. Lo spettro 1H è stato acquisito per tutti i campioni, lo spettro 19F è stato acquisito per i campioni ‘a’ e ‘c’, lo spettro bidimensionale 1H-1H ROESY è stato eseguito per il campione ‘c’. Infine sono stati eseguiti esperimenti di diffusione DOSY sui campioni ‘a’ e ‘c’. Il presente lavoro si propone di studiare l’interazione tra farmaci antitumorali, in particolare Fluorouracile (FU) e Sorafenib (SOR), con possibili carrier di ciclodestrine al fine di ottenere una maggiore solubilità in ambiente acquoso. I risultati teorici ottenuti grazie a simulazioni di Meccanica e Dinamica Molecolare sono stati poi confrontati con dati sperimentali presenti in letteratura o ottenuti nel laboratorio NMR del Politecnico di Milano nel presente studio. Risultati e discussione Si riportano di seguito i risultati ottenuti dallo studio dell’interazione del farmaco Sorafenib (SOR) e del farmaco Fluorouracile (FU) con possibili molecole carrier di ciclodestrine. Dapprima sono stati studiati sistemi 1:1 farmaco SOR/β-CD anfifilica aCD. È stato seguito il protocollo di simulazione già utilizzato in precedenti lavori riportati in letteratura da G. Raffaini et. al. Le simulazioni di Dinamica Molecolare sono state condotte a T=300K con costante dielettrica dell’acqua dipendente dalla distanza per una durata tale ad assicurare il raggiungimento dell’equilibrio del sistema. Le geometrie di interazione al minimo assoluto dopo MD run mostrano la formazione di complessi di inclusione host-guest, grazie alla favorevole interazione tra il farmaco SOR e le catene idrofobiche e idrofiliche rispettivamente del bordo primario e del bordo secondario della aCD. L’interazione favorevole tra farmaco SOR e β-CD anfifilica aCD assicura la solubilizzazione del farmaco. In seguito, sono stati studiati sistemi 1:1 farmaco SOR/β-CD nativa. Le simulazioni di Dinamica Molecolare sono state condotte a T=300K con costante dielettrica dell’acqua dipendente dalla distanza. Dalle geometrie di interazione studiate al minimo assoluto dopo MD run è possibile notare la formazione complessi di inclusione con la presenza del farmaco SOR all’interno della cavità idrofobica della β-CD nativa solo quando gli atomi di fluoro del sostituente -CF3 ad un anello aromatico si trovano nella geometria di interazione iniziale in prossimità di uno dei bordi della β-CD nativa. L’interazione porta ad una stabilizzazione del sistema, ma comunque l’energia di interazione risulta maggiore rispetto ai complessi di inclusione farmaco SOR/β-CD anfifilica aCD. La geometria di interazione iniziale che ha portato alla geometria di interazione più stabile al minimo assoluto è stata idratata e la simulazione di dinamica molecolare effettuata ha confermato il risultato ottenuto per il sistema studiato con solvente implicito. Per quanto riguarda lo studio dell’interazione del farmaco Sorafenib con l’oligomero oCD sono stati presi in considerazioni sistemi a diversa concentrazione. Dapprima è stato osservato il comportamento di un solo oligomero oCD in presenza di una sola molecola di farmaco, poi si è passati a sistemi più complessi a maggior concentrazione sia di molecole di farmaco SOR, sia del carrier considerato. Le simulazioni di Dinamica Molecolare sono state eseguite a T=300K con costante dielettrica dell’acqua dipendente dalla distanza per una durata tale ad assicurare il raggiungimento dell’equilibrio del sistema. Dalle geometrie di interazione ottenute al termine di MD run si osserva che il farmaco SOR è in grado di interagire solo con la superficie esterna dell’oligomero oCD, che mantiene una forma compatta di tipo globulare. A bassa concentrazione di oligomero oCD si osserva l’aggregazione delle molecole di farmaco SOR, aggregato che in seguito si adsorbe sulla superficie esterna dell’oligomero oCD. A maggiore concentrazione del carrier considerato il farmaco SOR si distribuisce in maniera uniforme sulla superficie esterna dell’oligomero oCD. Da questi risultati si può supporre che affinché non si formino aggregati di farmaco la concentrazione di oligomero oCD deve essere elevata, e la concentrazione di farmaco SOR deve essere bassa. In seguito, è stato studiato un sistema a maggiore concentrazione di molecole di farmaco SOR e di β-CD modificate aCDs. Per questo sistema la simulazione di Dinamica Molecolare è stata eseguita in vacuo a T=300K. Al termine della simulazione di Dinamica Molecolare si è osservata la formazione di due cluster distinti, un primo cluster in cui le β-CDs anfifiliche aCDs risultano vicine tra loro senza molecole di farmaco interposte, e un secondo cluster in cui le aCDs considerate sono invece più distanti con molecole di farmaco interagenti disposte quasi parallele le une le altre comunque vicine alle aCDs. L’interazione tra le β-CDs anfifiliche e le molecole di farmaco SOR nel vuoto risulta piuttosto debole. Le molecole di farmaco SOR si mantengono in prossimità delle β-CDs modificate aCDs, ma non è stato possibile osservare la formazione di complessi di inclusione o l’interazione del farmaco con le catene polari e apolari al bordo primario e secondario delle β-CDs anfifiliche aCDs. Per lo studio dell’interazione del farmaco antitumorale Fluorouracile (FU) con carrier di CDs, dapprima sono stati considerati sistemi 1:1 farmaco FU/β-CD nativa. Le simulazioni di Dinamica Molecolare sono state condotte a T=300K con costante dielettrica dell’acqua dipendente dalla distanza. Dalle geometrie di interazione studiate al minimo assoluto dopo MD run si osserva sempre la formazione di un complesso host-guest. Ciò indica che non è necessario una specifica orientazione del farmaco FU rispetto alla β-CD nativa affinché avvenga l’inclusione nella cavità idrofobica della β-CD nativa. La simulazione di Dinamica Molecolare effettuata idratando la geometria di interazione iniziale che ha portato alla geometria di interazione più stabile al minimo assoluto conferma il risultato ottenuto per il sistema studiato con solvente implicito ed ha permesso un confronto con i dati sperimentali NMR ottenuti. Dagli esperimenti NMR condotti su sistemi 1:1 farmaco FU/β-CD nativa si è potuta verificare l’interazione tra farmaco e carrier tramite osservazione di chemical shift nello spettro 19F ed esperimenti di diffusione DOSY. Il picco dell’atomo di fluoro presente nella molecola di farmaco FU risulta spostato in presenza della β-CD nativa, rispetto al solo farmaco in soluzione. Esperimenti di diffusione hanno mostrato una diminuzione del coefficiente di diffusione del farmaco FU in presenza di carrier. Per quanto riguarda invece l’interazione del farmaco antitumorale FU con l’oligomero oCD sono stati presi in considerazioni sistemi a diversa concentrazione. Dapprima è stata osservato il comportamento di un solo oligomero oCD in presenza di una sola molecola di farmaco FU, poi si è passati a sistemi più complessi a maggior concentrazione sia di molecole di antitumorale sia del carrier considerato. Le simulazioni di Dinamica Molecolare sono state condotte a T=300K con costante dielettrica dell’acqua dipendente dalla distanza. Dalle geometrie di interazione ottenute al termine delle simulazioni di Dinamica Molecolare effettuate si osserva che il farmaco FU forma complessi di inclusione con le β-CDs di cui l’oligomero è costituito. A basse concentrazioni di oligomero oCD, l’interazione con il farmaco FU ha provocato un cambio conformazionale nella molecola carrier con un passaggio da una forma globulare ad una forma estesa sia ad alta sia a bassa concentrazione di farmaco FU. A maggiore concentrazione di oligomero oCD invece il farmaco FU interagisce entrando nelle cavità delle β-CDs di cui sono costituiti gli oligomeri oCDs, ma essi non subiscono alcuna deformazione. Dai dati ottenuti possiamo supporre che al fine di avere un’interazione ottimale tra le molecole di farmaco FU e l’oligomero oCD sia necessario che la concentrazione della molecola carrier sia elevata. In conclusione, possiamo affermare che i carrier considerati possono essere utilizzati per solubilizzare farmaci come il Fluorouracile e il Sorafenib. Carrier che diminuiscono l’aggregazione del farmaco e ne facilitano la solubilizzazione sono importanti per migliorarne la somministrazione, ridurne la dose, di conseguenza gli effetti collaterali, ed aumentarne la biodisponibilità e quindi l’effetto terapeutico. Alla luce dei risultati ottenuti futuri studi di Meccanica e Dinamica Molecolare dovrebbero focalizzarsi su simulazioni Dinamica Molecolare riguardanti l’interazione tra l’oligomero oCD e i farmaci considerati in presenza di acqua esplicita per validare i risultati ottenuti in solvente implicito. Per quanto riguarda lo studio dell’interazione tra farmaco Fluorouracile e oligomero oCD non sono al momento disponibili dati sperimentali e quindi un approfondimento in tal senso sarebbe auspicabile.