Transdermal cellular membrane penetration of proteins with gold nanoparticles: a molecular dynamics study

文献情報

出版日 2017-02-20
DOI 10.1039/C6CP08775B
インパクトファクター 3.676
著者

Rakesh Gupta, Nishi Kashyap, Beena Rai


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要旨

Transdermal delivery, where the skin acts as the route for local or systemic distribution, presents a lot of advantages over conventional routes such as oral and intravenous and intramuscular injections. However, the delivery of large biomolecules like proteins through the skin is challenging due to their size and structural properties. A molecular level understanding of their transport across the skin barrier is desirable to design successful formulations. We have employed constrained and unconstrained coarse grained molecular dynamics simulation techniques to obtain the molecular mechanism of penetration of the horseradish peroxidase (HRP) protein into the skin, in the presence and absence of gold nanoparticles (AuNPs). Unconstrained simulations show that HRP, when considered individually, was not able to breach the skin barrier, while in the presence of AuNPs, it first binds to the AuNPs and then breaches the barrier. The constrained simulations revealed that there was a free energy barrier for HRP to permeate inside the skin lipid layer when taken alone, while in the presence of gold nanoparticles, no barrier was found. Our study opens up the field of computational modeling based design of nanoparticle carriers for a given protein's transdermal delivery.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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