Δέσμευση αμμωνίας μέσω πολυμεροσωμάτων (για εφαρμογές στη φαρμακευτική) : μοριακή μοντελοποίηση και προσομοίωση
Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μια συνεργασία μεταξύ του εργαστηρίου του καθηγητή Βλάση Μαυραντζά και του εργαστηρίου του καθηγητή Jean-Christophe Leroux (του τμήματος Φαρμακευτικής του πανεπιστημίου ETH στη Zυρίχη), η οποία έχει ως στόχο την υπολογιστική και πειραματική μελέτη για τη σχεδία...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/16108 |
| id |
nemertes-10889-16108 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Πολυμεροσώματα Συντελεστές διάχυσης Polymersomes Diffusion coefficients |
| spellingShingle |
Πολυμεροσώματα Συντελεστές διάχυσης Polymersomes Diffusion coefficients Μπενάκης, Γιώργος Δέσμευση αμμωνίας μέσω πολυμεροσωμάτων (για εφαρμογές στη φαρμακευτική) : μοριακή μοντελοποίηση και προσομοίωση |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μια συνεργασία μεταξύ του εργαστηρίου του καθηγητή Βλάση Μαυραντζά και του εργαστηρίου του καθηγητή Jean-Christophe Leroux (του τμήματος Φαρμακευτικής του πανεπιστημίου ETH στη Zυρίχη), η οποία έχει ως στόχο την υπολογιστική και πειραματική μελέτη για τη σχεδίαση ενός νέου μέσου αιμοκάθαρσης βασισμένο σε πολυμερoσώματα για τη θεραπεία της υπεραμμωνιαιμίας, καθώς επίσης και την εκτίμηση των συντελεστών διάχυσης των μορίων της αμμωνίας και των χρόνων διαπέρασής της διαμέσου των αυτοοργανωμένων μεμβρανών διπλής στοιβάδας, που αποτελούνται από αμφίφιλα συμπολυμερή PEG-b-PS. Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής, είναι η μελέτη των συντελεστών διάχυσης των μορίων αμμωνίας ή/και του αμμωνίου μέσω πλήρους ατομιστικής λεπτομέρειας προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής (ΜΔ) με χρήση δύο διαφορετικών μεθόδων υπολογισμού των συντελεστών διάχυσης, καθώς και σύγκρισή τους.
Η μελέτη περιλαμβάνει συστήματα διαφόρων θερμοκρασιών και συγκεντρώσεων σε υδατικά διαλύματα. Περαιτέρω, χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικές μέθοδοι υπολογισμού των συντελεστών διάχυσης, στη πρώτη εκτελούνται προσομοιώσεις ΜΔ και γίνεται η χρήση της μέσης τετραγωνικής μετατόπισης (msd) των μορίων αμμωνίας/αμμωνίου. Στη δεύτερη μέθοδο εκτελούνται προσομοιώσεις με χρήση της κατευθυνόμενης δυναμικής (SMD). Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με προηγούμενες πειραματικές μελέτες δεδομένου ότι δεν υπάρχουν αντίστοιχες βιβλιογραφικές αναφορές για τον υπολογισμό των συντελεστών διάχυσης των μορίων αμμωνίας/αμμωνίου σε υδατικά διαλύματα μέσω πλήρους ατομιστικής λεπτομέρειας προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής. Παρατηρείται, πως για τα συστήματα που βρίσκονται σε άπειρη αραίωση, λόγω του μικρού στατιστικού δείγματος, η χρήση της πρώτης μεθόδου περιέχει μεγάλο στατιστικό θόρυβο για τους συντελεστές διάχυσης των μορίων αμμωνίας/αμμωνίου σε αντίθεση με την αυτοδιάχυση του νερού. Το σύστημα με το μοριακό κλάσμα αμμωνίας ίσο με 0.209, δεδομένης της πλούσιας στατιστικής του, εμφανίζει καλύτερα αποτελέσματα τόσο για την αμμωνία όσο και για το νερό. Η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιήθηκε μόνο για ένα σύστημα, στο οποίο περιέχεται το μόριο της αμμωνίας σε άπειρη αραίωση, υπολογίζοντας το συντελεστή διάχυσής του. Παρά το γεγονός της φτωχής στατιστικής του συστήματος, προκύπτουν έγκυρα αποτελέσματα για το συντελεστή διάχυσης της αμμωνίας, τα οποία συγκρίνονται τόσο με αυτά της πρώτης μεθόδου, όσο και με τα αντίστοιχα από τις πειραματικές αναφορές.
Αξίζει να σημειωθεί ότι η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιείται μόνο για συστήματα άπειρης αραίωσης. Συνεπώς, λόγω της βεβαιότητας της δεύτερης μεθόδου, καθίσταται πλέον εφικτή η αξιοποίησή της στον προσδιορισμό των συντελεστών διάχυσης των μορίων της αμμωνίας ή/και του αμμωνίου διαμέσου της μεμβράνης των πολυμεροσωμάτων, όπου η πρώτη μεθοδολογία είναι υπολογιστικά ασύμφορη. |
| author2 |
Benakis, George |
| author_facet |
Benakis, George Μπενάκης, Γιώργος |
| author |
Μπενάκης, Γιώργος |
| author_sort |
Μπενάκης, Γιώργος |
| title |
Δέσμευση αμμωνίας μέσω πολυμεροσωμάτων (για εφαρμογές στη φαρμακευτική) : μοριακή μοντελοποίηση και προσομοίωση |
| title_short |
Δέσμευση αμμωνίας μέσω πολυμεροσωμάτων (για εφαρμογές στη φαρμακευτική) : μοριακή μοντελοποίηση και προσομοίωση |
| title_full |
Δέσμευση αμμωνίας μέσω πολυμεροσωμάτων (για εφαρμογές στη φαρμακευτική) : μοριακή μοντελοποίηση και προσομοίωση |
| title_fullStr |
Δέσμευση αμμωνίας μέσω πολυμεροσωμάτων (για εφαρμογές στη φαρμακευτική) : μοριακή μοντελοποίηση και προσομοίωση |
| title_full_unstemmed |
Δέσμευση αμμωνίας μέσω πολυμεροσωμάτων (για εφαρμογές στη φαρμακευτική) : μοριακή μοντελοποίηση και προσομοίωση |
| title_sort |
δέσμευση αμμωνίας μέσω πολυμεροσωμάτων (για εφαρμογές στη φαρμακευτική) : μοριακή μοντελοποίηση και προσομοίωση |
| publishDate |
2022 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/16108 |
| work_keys_str_mv |
AT mpenakēsgiōrgos desmeusēammōniasmesōpolymerosōmatōngiaepharmogesstēpharmakeutikēmoriakēmontelopoiēsēkaiprosomoiōsē AT mpenakēsgiōrgos captureofammoniaviapolymersomesforapplicationsinpharmacymolecularmodelingandsimulation |
| _version_ |
1799945003494014976 |
| spelling |
nemertes-10889-161082022-09-06T05:13:15Z Δέσμευση αμμωνίας μέσω πολυμεροσωμάτων (για εφαρμογές στη φαρμακευτική) : μοριακή μοντελοποίηση και προσομοίωση Capture of ammonia via polymersomes (for applications in pharmacy) : molecular modeling and simulation Μπενάκης, Γιώργος Benakis, George Πολυμεροσώματα Συντελεστές διάχυσης Polymersomes Diffusion coefficients Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μια συνεργασία μεταξύ του εργαστηρίου του καθηγητή Βλάση Μαυραντζά και του εργαστηρίου του καθηγητή Jean-Christophe Leroux (του τμήματος Φαρμακευτικής του πανεπιστημίου ETH στη Zυρίχη), η οποία έχει ως στόχο την υπολογιστική και πειραματική μελέτη για τη σχεδίαση ενός νέου μέσου αιμοκάθαρσης βασισμένο σε πολυμερoσώματα για τη θεραπεία της υπεραμμωνιαιμίας, καθώς επίσης και την εκτίμηση των συντελεστών διάχυσης των μορίων της αμμωνίας και των χρόνων διαπέρασής της διαμέσου των αυτοοργανωμένων μεμβρανών διπλής στοιβάδας, που αποτελούνται από αμφίφιλα συμπολυμερή PEG-b-PS. Σκοπός της συγκεκριμένης διπλωματικής, είναι η μελέτη των συντελεστών διάχυσης των μορίων αμμωνίας ή/και του αμμωνίου μέσω πλήρους ατομιστικής λεπτομέρειας προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής (ΜΔ) με χρήση δύο διαφορετικών μεθόδων υπολογισμού των συντελεστών διάχυσης, καθώς και σύγκρισή τους. Η μελέτη περιλαμβάνει συστήματα διαφόρων θερμοκρασιών και συγκεντρώσεων σε υδατικά διαλύματα. Περαιτέρω, χρησιμοποιούνται δύο διαφορετικές μέθοδοι υπολογισμού των συντελεστών διάχυσης, στη πρώτη εκτελούνται προσομοιώσεις ΜΔ και γίνεται η χρήση της μέσης τετραγωνικής μετατόπισης (msd) των μορίων αμμωνίας/αμμωνίου. Στη δεύτερη μέθοδο εκτελούνται προσομοιώσεις με χρήση της κατευθυνόμενης δυναμικής (SMD). Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με προηγούμενες πειραματικές μελέτες δεδομένου ότι δεν υπάρχουν αντίστοιχες βιβλιογραφικές αναφορές για τον υπολογισμό των συντελεστών διάχυσης των μορίων αμμωνίας/αμμωνίου σε υδατικά διαλύματα μέσω πλήρους ατομιστικής λεπτομέρειας προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής. Παρατηρείται, πως για τα συστήματα που βρίσκονται σε άπειρη αραίωση, λόγω του μικρού στατιστικού δείγματος, η χρήση της πρώτης μεθόδου περιέχει μεγάλο στατιστικό θόρυβο για τους συντελεστές διάχυσης των μορίων αμμωνίας/αμμωνίου σε αντίθεση με την αυτοδιάχυση του νερού. Το σύστημα με το μοριακό κλάσμα αμμωνίας ίσο με 0.209, δεδομένης της πλούσιας στατιστικής του, εμφανίζει καλύτερα αποτελέσματα τόσο για την αμμωνία όσο και για το νερό. Η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιήθηκε μόνο για ένα σύστημα, στο οποίο περιέχεται το μόριο της αμμωνίας σε άπειρη αραίωση, υπολογίζοντας το συντελεστή διάχυσής του. Παρά το γεγονός της φτωχής στατιστικής του συστήματος, προκύπτουν έγκυρα αποτελέσματα για το συντελεστή διάχυσης της αμμωνίας, τα οποία συγκρίνονται τόσο με αυτά της πρώτης μεθόδου, όσο και με τα αντίστοιχα από τις πειραματικές αναφορές. Αξίζει να σημειωθεί ότι η δεύτερη μέθοδος χρησιμοποιείται μόνο για συστήματα άπειρης αραίωσης. Συνεπώς, λόγω της βεβαιότητας της δεύτερης μεθόδου, καθίσταται πλέον εφικτή η αξιοποίησή της στον προσδιορισμό των συντελεστών διάχυσης των μορίων της αμμωνίας ή/και του αμμωνίου διαμέσου της μεμβράνης των πολυμεροσωμάτων, όπου η πρώτη μεθοδολογία είναι υπολογιστικά ασύμφορη. This work is a collaboration between the laboratory group of Professor Vlasis Mavrantzas and the laboratory group of Professor Jean-Christophe Leroux (Department of Pharmacy of the ETH University in Zurich), which aims at the computational and experimental study towards the design of a novel dialysis based on polymeric vehicles (polymerosomes) for the treatment of severe hyperammonemia, as well as the estimation of the diffusion coefficients of ammonia molecules and their penetration times through self-organized bilayer membranes constructed from poly(ethylene glycol)-block-polystyrene (PEG-b-PS) amphiphiles. The aim of this work is to estimate the diffusion coefficients of ammonia and/or ammonium molecules through fully detailed atomistic Molecular Dynamics (MD) simulations using two different methodologies for calculating diffusion coefficients, as well as the comparison of the results. The study includes systems of different temperatures and concentrations in aqueous solutions. Furthermore, two different methods of calculating diffusion factors are used, in the first are performed MD simulations and is used the mean square displacement (msd) of ammonia/ammonium molecules. In the second method, simulations using directed dynamics (SMD) are executed. The results are compared with previous experimental studies since there are no corresponding bibliographic references for the calculation of the diffusion coefficients of molecules ammonia/ammonium in aqueous solutions through fully atomistic detailed simulations of Molecular Dynamics. It is observed that for systems in infinite dilution, due to the minor statistical sample, the use of the first method contains high statistical noise for the diffusion factors of ammonia/ammonium molecules as opposed to water self-diffusion. The system with the ammonia fraction equal to 0.209, given its rich statistical sample, shows better results for both ammonia and water. The second method was used only for a system containing the ammonia molecule in infinite dilution, calculating its diffusion coefficient. Despite the poor statistics of the system, valid results for the diffusion coefficient of ammonia are obtained, which are both comparable to those of the first method and the corresponding experimental reports. It is worth noting that the second method is used only for infinite dilution systems. Therefore, in view of the validity of the second method, it is now possible to use it in estimating the diffusion coefficients of ammonia and/or ammonium molecules through the polymer membrane, where the first methodology is computationally unprofitable. 2022-03-18T07:52:31Z 2022-03-18T07:52:31Z 2022-03-10 http://hdl.handle.net/10889/16108 gr application/pdf |
