توسعه مهارکننده مبتنی بر زعفران علیه پروتئین اسپایک کووید-19: یک تحلیل دینامیک مولکولی

کووید-19 یک سندرم تنفسی حاد است که از اواخر سال 2019 باعث همه‌گیری و خسارات جانی و مالی قابل توجهی در سراسر جهان شده است. مطالعات متعددی اثرات بازدارنده داروهای شیمیایی و گیاهی بر روی پروتئین اسپایک ویروس، که مسئول اتصال به سلول میزبان انسان است، را بررسی کرده‌اند. این مطالعه اثرات بازدارنده اجزای زعفران منتقل شده توسط نانولوله‌های کربنی اولیه (PCNT) و عامل‌دار شده (FCNT) را بررسی می‌کند. ابتدا، جذب و کپسوله‌سازی اجزای زعفران روی نانولوله‌های کربنی اولیه و عامل‌دار شده با استفاده از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی (MD) بررسی شد. دوم، داکینگ مولکولی، ساختار، نمرات داکینگ متناظر و محل‌های برهمکنش اجزای زعفران و پروتئین اسپایک را بررسی دقیق کرد. داکینگ مولکولی، کروسین و کروستین را به عنوان امیدوارکننده‌ترین مهارکننده‌ها علیه پروتئین اسپایک با نمرات داکینگ 39.5- و 32.1- کیلوژول بر مول به ترتیب نشان داد. شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی نشان داد که نانولوله‌های کربنی عامل‌دار شده حاوی کروستین و کروسین قوی‌ترین برهمکنش‌ها را با پروتئین اسپایک نشان می‌دهند. تجزیه و تحلیل انحراف مربعات میانگین ریشه (RMSD) نشان داد که بیشتر کمپلکس‌های مهارکننده پس از 200 نانوثانیه به پایداری رسیدند، که نانولوله‌های کربنی عامل‌دار شده حاوی پیکروکروسین کمترین انحراف را از ساختار آپو-پروتئین نشان دادند. اندازه‌گیری‌های شعاع ژیراسیون (Rg) نشان داد که سیستم‌های مهارکننده مبتنی بر نانولوله کربنی عامل‌دار شده (15.5-18 آنگستروم) پایدارتر از نمونه‌های مبتنی بر نانولوله کربنی اولیه (15.5-19.5 آنگستروم) بودند. عامل‌دار کردن، تعداد پیوندهای هیدروژنی (NHB) بین پروتئین اسپایک و سیستم‌های مهارکننده را افزایش داد. به طور کلی، نتایج نشان می‌دهد که حامل‌های دارویی حاوی کروستین و کروسین امیدوارکننده‌ترین کاندیداها برای مهار پروتئین اسپایک SARS-CoV-2 هستند که ترکیب مناسبی از زیست سازگاری، پایداری و میل ترکیبی را نشان می‌دهند.

COVID-19 is an acute respiratory syndrome that has caused an epidemic and significant loss of life and property worldwide since late 2019. Numerous studies have investigated the inhibitory effects of chemical and herbal medicines on the spike protein of the virus, which is responsible for binding to the human host cell. This study explores the inhibitory effects of the saffron components delivered by pristine and functionalized carbon nanotubes (CNTs). First, the adsorption and encapsulation of the saffron components on pristine (PCNT) and functionalized CNTs (FCNT) were examined using Molecular Dynamics (MD) simulations. Second, molecular docking scrutinized the conformation, corresponding docking scores, and interaction sites of the saffron components and spike protein. Molecular docking revealed crocin and crocetin as the most promising inhibitors against the spike protein, with docking scores of -39.5 and -32.1 kJ/mol, respectively. MD simulations demonstrated that crocetin- and crocin-loaded FCNTs exhibited the strongest interactions with the spike protein. Root mean square deviation (RMSD) analysis indicated that most inhibitor complexes achieved stability after 200 ns, with picrocrotin-loaded FCNTs showing the least deviation from the apo-protein. Radius of gyration (Rg) measurements revealed that FCNT-based inhibitory systems (15.5–18 Å) were more stable than PCNT-based counterparts (15.5–19.5 Å). Functionalization increased the number of hydrogen bonds (NHB) between the spike protein and inhibitor systems. Overall, the results indicate that crocetin- and crocin-loaded FCNTs are the most promising candidates for inhibiting the SARS-CoV-2 spike protein, demonstrating an appropriate combination of biocompatibility, stability, and affinity.