bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2025-23-1-14-20bsuir-4055Research ArticleСтатьиСтруктурные, электронные и топологические свойства конъюгатов карбоплатина с фуллереноломStructural, Electronic and Topological Properties of Carboplatin Conjugate with FullerenolПушкарчукА. Л.PushkarchukA. L.

канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. лаборатории ионного обмена и сорбции

г. Минск

Сand. of Sci., Senior Researcher at the Laboratory of Ion Exchange and Sorption

Minsk

БезъязычнаяТ. В.BezyazychnayaT. V.

канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. лаборатории ионного обмена и сорбции

г. Минск

Сand. of Sci., Senior Researcher at the Laboratory of Ion Exchange and Sorption

Minsk

ПоткинВ. И.PotkinV. I.

акад. НАН Беларуси, д-р хим. наук, проф., зав. лабораторией химии гетероциклических соединений

г. Минск

Academician of NAS of Belarus, Dr. of Sci. (Chem.), Professor, Head of the Laboratory of Chemistry of Heterocyclic Compounds

Minsk

ДикусарЕ. А.DikusarE. A.

канд. хим. наук, ст. науч. сотр. лаборатории химии гетероциклических соединений

г. Минск

Сand. of Sci., Senior Researcher at the Laboratory of Chemistry of Heterocyclic Compounds

Minsk

СолдатовА. Г.SoldatovA. G.

зав. лабораторией физики сверхпроводящих материалов

г. Минск

Head of the Laboratory of Superconducting Material Physics

Minsk

KилинС. Я.KilinS. Ya.

акад. НАН Беларуси, д-р физ.мат. наук, проф., зав. Центром квантовой оптики и квантовой информатики

г. Минск

Academician of NAS of Belar us, Dr. of Sci. (Phys. and Math.), Professor, Head of the Center of Quantum Optics and Quantum Informatics

Minsk

НизовцевА. П.NizovtsevA. P.

д-р физ.-мат. наук, вед. науч. сотр. Центра квантовой оптики и квантовой информатики

г. Минск

Dr. of Sci. (Phys. and Math.), Leading Researcher at the Center of Quantum Optics and Quantum Informatics

Minsk

КутеньС. А.KutsenS. A.

канд. физ.-мат. наук, зав. лабораторией теоретической физики и моделирования ядерных процессов

г. Минск

Сand. of Sci., Head of the Laboratory of Theoretical Physics and Simulation

Minsk

ЕрмакД. В.YermakD. V.

вед. инж.-програм. лаборатории фундаментальных взаимодействий

г. Минск

Leading Software Engineer of the Laboratory of Fundamental Interactions

Minsk

ПивоварчикТ. С.PivovarchikT. S.

Пивоварчик Татьяна Сергеевна, асп.

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Pivovarchik Tatsiana Sergeevna, Postgraduate

220013, Minsk, P. Brovki St., 6 

tantanhlopina@gmail.comМигасД. В.MigasD. B.

д-р физ.-мат. наук, доц., зав. каф. мик ро- и наноэлектроники

г. Минск

Dr. of Sci. (Phys. and Math.), Associate Professor, Head of the Micro- and Nanoelectronic Department

Minsk

КульчицкийВ. А.KulchitskyV. A.

г. Минск

Minsk

Институт физико-органической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Physical-Organic Chemistry of the National Academy of Sciences of BelarusНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедениюScientific and Practical Center of the National Academy of Sciences of Belarus for Materials ScienсeИнститут физики имени Б. И. Степанова Национальной академии наук БеларусиInstitute of Physics of the National Academy of Sciences of BelarusИнститут ядерных проблем Белорусского государственного университетаInstitute for Nuclear Processes of Belarusian State UniversityБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and RadioelectronicsИнститут физиологии Национальной академии наук БеларусиInstitute of Physiology of the National Academy of Sciences of Belarus2025170220252311420Copyright © Пушкарчук А.Л., Безъязычная Т.В., Поткин В.И., Дикусар Е.А., Солдатов А.Г., Kилин С.Я., Низовцев А.П., Кутень С.А., Ермак Д.В., Пивоварчик Т.С., Мигас Д.В., Кульчицкий В.А., 20252025Пушкарчук А.Л., Безъязычная Т.В., Поткин В.И., Дикусар Е.А., Солдатов А.Г., Kилин С.Я., Низовцев А.П., Кутень С.А., Ермак Д.В., Пивоварчик Т.С., Мигас Д.В., Кульчицкий В.А.Pushkarchuk A.L., Bezyazychnaya T.V., Potkin V.I., Dikusar E.A., Soldatov A.G., Kilin S.Y., Nizovtsev A.P., Kutsen S.A., Yermak D.V., Pivovarchik T.S., Migas D.B., Kulchitsky V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/4055

В статье представлен расчет методом HF-3c структурных и электронных характеристик конъюгата, состоящего из лекарственного препарата карбоплатина (C6H12N2O4Pt) и наноносителя фуллеренола (C60(OH)24). Оптимизация геометрической структуры конъюгата в водной среде проводилась с использованием того же метода и с применением модели поляризуемого континуума. Для выяснения природы межмолекулярной связи и оценки силы взаимодействия между молекулой карбоплатина и фуллеренолом был выполнен топологический анализ механизмов нековалентного взаимодействия на основе метода квантовой теории атомов в молекулах. Проанализированы индивидуальные парные атомные нековалентные взаимодействия в конъюгате и проведена оценка их энергий с помощью корреляции между энергией взаимодействия и характеристиками электронной плотности в критических точках связей. Показано, что конъюгат формируется за счет слабых сил взаимодействия между карбоплатином и фуллеренолом, обеспечивая освобождение лекарственного препарата при доставке его к соответствующему участку ДНК без значительных энергозатрат. Исследованные конъюгаты могут быть использованы для адресной доставки лекарств енных препаратов.

The article presents the calculation of the structural and electronic characteristics of a conjugate consisting of the drug carboplatin (C6H12N2O4Pt) and a fullerenol (C60(OH)24) nanocarrier by the HF-3c method. Optimization of the geometric structure of the conjugate in an aqueous medium was carried out using the same level of theory and the polarizable continuum model. To clarify the nature of the intermolecular bond and assess the strength of the interaction between the carboplatin molecule and fullerenol, a topological analysis of the mechanisms of non-covalent interaction was performed based on the quantum theory of atoms in molecules. Individual paired atomic non-covalent interactions in the conjugate were analyzed and their energies were estimated using the correlation between the interaction energy and the characteristics of the electron density at the critical points of the bonds. It is shown that the conjugate is formed due to weak interaction forces between carboplatin and fullerenol, ensuring the release of the drug when delivering it to the corresponding DNA region without significant energy costs. The studied conjugates can be used for targeted drug delivery.

квантовая химияметод HF-3cквантовая теория атомов в молекулахпрограммный пакет ORCAфуллеренолкарбоплатинконъюгатлекарственные препаратыадресная доставкатоксикологияquantum chemistryHF-3c methodquantum theory of atoms in moleculesORCA software packagefullerenolcarboplatinconjugatedrugstargeted deliverytoxicologyРабота выполнена при финансовой поддержке Государственной программы научных исследований «Конвергенция–2025».ReferencesDe Sousa G. F., Wlodarczyk S. R., Monteiro G. (2014) Carboplatin: Molecular Mechanisms of Action Associated with Chemoresistance. Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences. 50 (4), 693–701.De Sousa G. F., Wlodarczyk S. R., Monteiro G. (2014) Carboplatin: Molecular Mechanisms of Action Associated with Chemoresistance. Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences. 50 (4), 693–701.Sure R., Grimme S. (2013) Corrected Small Basis Set Hartree-Fock Method for Large Systems. Journal of Computational Chemistry. (34).Sure R., Grimme S. (2013) Corrected Small Basis Set Hartree-Fock Method for Large Systems. Journal of Computational Chemistry. (34).Nees F. (2022) Software Update: The ORCA Program System – Version 5.0. WIREs Computational Molecular Science. 12 (5).Nees F. (2022) Software Update: The ORCA Program System – Version 5.0. WIREs Computational Molecular Science. 12 (5).Tomasi J., Mennucci B., Cammi R. (2005) Quantum Mechanical Continuum Solvation Models. Chemical Reviews. 105 (8), 2999−3094.Tomasi J., Mennucci B., Cammi R. (2005) Quantum Mechanical Continuum Solvation Models. Chemical Reviews. 105 (8), 2999−3094.Bader R. F. W. (1994) Atoms in Molecules: A Quantum Theory. New York, USA, Oxford University Press Publ.Bader R. F. W. (1994) Atoms in Molecules: A Quantum Theory. New York, USA, Oxford University Press Publ.Savin A., Nesper R., Wengert S., Fässler T. E. (1997) ELF: The Electron Localization Function. Angewandte Chemie International Edition in English. 36 (17), 1808–1832.Savin A., Nesper R., Wengert S., Fässler T. E. (1997) ELF: The Electron Localization Function. Angewandte Chemie International Edition in English. 36 (17), 1808–1832.Tian Lu. J. (2024) A New Introduction Paper of Multiwfn Has Been Published Recently! Journal of Chemical Physics. Available: http://sobereva.com/multiwfn/ (Accessed 19 October 2024).Tian Lu. J. (2024) A New Introduction Paper of Multiwfn Has Been Published Recently! Journal of Chemical Physics. Available: http://sobereva.com/multiwfn/ (Accessed 19 October 2024).Bader R. F. W. (1998) A Bond Path: A Universal Indicator of Bonded Interactions. Journal of Physical Chemistry A. 102 (37), 7314–7323.Bader R. F. W. (1998) A Bond Path: A Universal Indicator of Bonded Interactions. Journal of Physical Chemistry A. 102 (37), 7314–7323.Koch U., La Popelier P. (1995) Characterization of C-H-O Hydrogen Bonds on the Basis of the Charge Density. Journal of Physical Chemistry. 99 (24), 9747–9754.Koch U., La Popelier P. (1995) Characterization of C-H-O Hydrogen Bonds on the Basis of the Charge Density. Journal of Physical Chemistry. 99 (24), 9747–9754.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.