医薬品製剤における界面誘発性変性に対するシクロデキストリンの役割：分子動力学アプローチ

タンパク質ベースの医薬品は、生産と貯蔵寿命の両方で、さまざまな環境ストレッサーの対象となります。それらの構造を保存し、したがって機能性を保持するには、賦形剤を安定化剤として使用する必要があります。適格な安定剤の中で、シクロデキストリン（CD）は最近、その特性のおかげで科学界に関心を集めています。ここでは、β-シクロデキストリン（βCD）および2-ヒドロキシプロピル-β-シクロデキストリン（HPβCD）の役割を明確にするための計算アプローチが提案されています。耕作技術（メタダイナミクス、メタド）は、基礎となる分子メカニズムに光を当てるために使用されます。バルクシミュレーションにより、CDはGCSFの表面水和層内に優先的に含まれており、疎水性空洞にいくつかのペプチド残基が含まれていることが明らかになりました。HPβCDは、空気水界面の近くで表面誘導の変性に対してタンパク質を安定化することができましたが、βCDは不安定化効果がありました。代わりに、氷の表面では、GCSFの顕著な立体構造の変化、またはCDの顕著な効果は観察されませんでした。GCSFは、低温（260 k）で安定性が低いようで、これは低下剤効果に起因する可能性があります。この場合、CDは立体構造の安定性を大幅に改善しませんでした。一般に、GCSFの立体的に変化した領域は、陽性または負の効果で不安定化の程度のみを調節する賦形剤の存在に依存しないように思われました。

Protein-based pharmaceutical products are subject to a variety of environmental stressors, during both production and shelf-life. In order to preserve their structure, and, therefore, functionality, it is necessary to use excipients as stabilizing agents. Among the eligible stabilizers, cyclodextrins (CDs) have recently gained interest in the scientific community thanks to their properties. Here, a computational approach is proposed to clarify the role of β-cyclodextrin (βCD) and 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HPβCD) against granulocyte colony-stimulating (GCSF) factor denaturation at the air-water and ice-water interfaces, and also in bulk water at 300 or 260 K. Both traditional molecular dynamics (MD) simulations and enhanced sampling techniques (metadynamics, MetaD) are used to shed light on the underlying molecular mechanisms. Bulk simulations revealed that CDs were preferentially included within the surface hydration layer of GCSF, and even included some peptide residues in their hydrophobic cavity. HPβCD was able to stabilize the protein against surface-induced denaturation in proximity of the air-water interface, while βCD had a destabilizing effect. No remarkable conformational changes of GCSF, or noticeable effect of the CDs, were instead observed at the ice surface. GCSF seemed less stable at low temperature (260 K), which may be attributed to cold-denaturation effects. In this case, CDs did not significantly improve conformational stability. In general, the conformationally altered regions of GCSF seemed not to depend on the presence of excipients that only modulated the extent of destabilization with either a positive or a negative effect.