Study of drug transportation by ESR spectroscopy

Abstract

The ability to track drug binding and release makes electron spin resonance (ESR) spectroscopy well suited for drug delivery studies. Using the continuous wave cw ESR technique to extract information about the dynamics of the spin labeled drugs we can simultaneously determine the bound and unbound drugs. In this study, ESR technique was used to detect the binding and release of spinlabeled salicylic acid (SLSA) to and from bovine serum albumin (BSA), and to detect different binding interactions between them. We have labeled salicylic acid with stable nitroxide-based tempo radicals to monitor the BSA bound and unbound conditions of the drug. Studying with the different concentrations of SLSA-BSA binding showed that the drug-protein stoichiometry increases significantly in the physiological range of BSA concentration. Also, during the release of SLSA from BSA, there is an unchanging balance between the bound and unbound SLSA. In order to study various drug binding interactions, SL-benzoic acid, SL-phenol, SL-benzene, SL-cyclohexane, SL-hexane and SL-methyl were prepared. We showed that the main conjugation in the binding of these drugs to BSA is hydrophobic interaction. In addition, cationic BSA (cBSA) was prepared to investigate the effect of electrostatic interaction on drug binding. The SLSA loading capacity of cBSA is significantly higher than that of BSA, this result indicates the importance of electrostatic interactions for the drug binding. Finally, we examined the competitive binding behaviors of salicylic acid, ibuprofen and aspirin to BSA. Binding sites of SL-salicylic acid and SL-ibuprofen in BSA show 96% of similarities. In addition, our results showed that binding sites of SL-salicylic acid and SL-aspirin in BSA have 73% of similarities.These results demonstrate that cw ESR spectroscopy with the spin labeling technique is an effective technique for the determination of drug-protein interactions and stoichiometric analysis of drug binding.

İlaçların bağlanmasını ve salınımını takip etmek için kullandığımız elektron spin rezonans (ESR) spektroskopisi, ilaç taşınım çalışmaları için uygun bir tekniktir. Spin etiketli ilaçların dinamikleri hakkında bilgi elde etmek için sürekli dalga cw ESR tekniği kullanarak, bağlı ve bağlanmamış ilaçları eş zamanlı olarak belirleyebiliriz. Bu çalışmada, spin etiketli salisilik asidin (SLSA) sığır serum albüminine (BSA) bağlanması, salınması ve aralarındaki farklı bağlanma etkileşimlerinin belirlenmesi için ESR tekniği kullanılmıştır. BSA’ ya bağlı ve bağlı olmayan durumlarının izlenebilmesi için, salisilik asit kararlı nitroksit bazlı tempo radikalleri ile etiketledik. Farklı konsantrasyonlarda SLSA-BSA bağlanmasını incelediğimizde, ilaç-protein stokiyometrisinin, BSA konsantrasyonunun fizyolojik aralığında önemli ölçüde arttığını gözlemledik. SLSA’ nın BSA’ dan salınmasını incelediğimizde, bağlı ve bağlanmamış SLSA arasında diyaliz boyunca değişmeyen bir denge olduğunu gözlemledik. Ek olarak çeşitli ilaç bağlanma etkileşimlerinin etkilerini ortaya çıkarmak için, spin etiketli sentezlediğimiz SL benzoik asit, SL-fenol, SL-benzen, SL-siklohekzan, SLhekzan ve SL-metilin ESR sonuçları, hidrofobik etkileşimin bu ilaçların BSA’ ya bağlanmasında ana etkileşim olduğunu göstermiştir. Elektrostatik etkileşimin ilaç bağlanması üzerindeki etkisini araştırmak için ise, katyonik BSA (cBSA) sentezlendi. cBSA' nın SLSA yükleme kapasitesi, BSA' nınkine kıyasla önemli ölçüde yüksektir bu da ilaç bağlama çalışmaları için elektrostatik etkileşimin önemini gösterir. Son olarak, salisilik asit, ibuprofen ve aspirinin BSA' ya rekabetçi bağlanma davranışlarını inceledik. BSA içinde SL-salisilik asit ve SL-ibuprofen bağlama bölgeleri % 96 benzerlik göstermektedir. Ek olarak sonuçlarımız, BSA' da SL-salisilik asit ve SLaspirinin bağlanma bölgelerinin % 73 benzerliğe sahip olduğunu göstermiştir. Bu sonuçlar, cw ESR spektroskopisinin, spin etiketleme tekniği ile birlikte, ilaçprotein etkileşimlerinin belirlenmesi ve ilaç bağlanma, serbest bırakma dinamiklerinin stokiyometrik analizi için etkili bir teknik olduğunu göstermektedir.