การศึกษาการโมเลกุลาร์ด็อกกิ้งและกลศาสตร์ควอนตัมในการยับยั้งการทำงานของเอนไซม์ Cathepsin K ในโรคกระดูกพรุน
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
ณธัชพล แซ่ลี้, พันธิน พินทุสรชัย, พิชญะ เรืองเวชวรชัย
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
สาโรจน์ บุญเส็ง
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
โรคกระดูกพรุน คือโรคที่เกิดจากการลดลงของมวลกระดูกซึ่งพบได้ปกติทั่วไปในผู้สูงอายุ ยิ่งมวลกระดูกเกิดรูพรุนมากจะส่งผลต่อความเสี่ยงของการแตกหักของกระดูกที่มากขึ้น ตลอดช่วงชีวิตของคนจะมีการหมุนเวียนของเซลล์กระดูก ที่เรียกว่า กระบวนการรีโมเดลลิ่ง (remodelling process) ซึ่งประกอบด้วยกระบวนการสลายตัว (resorption) และการสร้างเซลล์กระดูกใหม่ (formation) ของโปรตีนแมทริกซ์ (matrix protein) สาเหตุของการหายไปของมวลกระดูกของคนที่เป็นโรคกระดูกพรุนจึงมาจาก อัตราการสลายตัวของเซลล์กระดูกสูงกว่าอัตราการสร้าง ปัจจัยหนึ่งที่สำคัญของเกิดโรคกระดูกพรุน คือ การหลั่ง Cathepsin K ที่มากเกินไป ซึ่งในรอบทศวรรษที่ผ่านมาคนจึงให้ความสนใจกับการสังเคราะห์สารยับยั้ง Cathepsin K และตีพิมพ์ออกมาเป็นจำนวนมาก จากงานวิจัยที่กล่าวมาพบว่ายังมีข้อมูลน้อยที่มีผู้ศึกษาเหตุผลทางด้านโครงสร้างในการเข้าจับเพื่อยับยั้ง Cathepsin K ยังไม่เป็นที่แพร่หลายมากนัก ผู้จัดทำโครงงานจึงให้ความสนใจในการศึกษาประสิทธิภาพของการจับกันระหว่างตัวยับยั้ง กับ Cathepsin K ด้วยวิธีโมเลกุลาร์ด็อกกิ้ง การศึกษาระดับพลังงานสูงสุดที่มีอิเล็กตรอนอยู่ (HOMO) และระดับพลังงานต่ำสุดที่ไม่มีอิเล็กตรอนอยู่ (LUMO) และจำนวนพันธะไฮโดรเจน การศึกษาครั้งนี้พบว่าค่า binding energy ที่ได้จากการ dock ผ่านโปรแกรม Autodock 4 และAutodock Vina กับค่า IC50 ยังไม่มีความสัมพันธ์กันอย่างชัดเจน เช่นเดียวกันกับ ค่าพลังงาน HOMO-LUMO ทั้งนี้เนื่องจากจำนวนสารยับยั้งที่ใช้ในการวิเคราะห์ยังมีไม่มากเพียงพอจึงอยู่ในระหว่างการดำเนินการวิเคราะห์สารยับยั้งเพิ่มเติม แต่อย่างไรก็ตามผู้จัดทำโครงงานสามารถสรุปผลการวิเคราะห์ความสัมพันธ์ระหว่างค่า IC50 กับจำนวนพันธะไฮโดรเจน คือจำนวนพันธะไฮโดรเจนแปรผกผันกับค่า IC50 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสารยับยั้งมีตำแหน่งที่สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนมาก จะส่งผลให้ประสิทธิภาพในการยับยั้ง Cathepsin K เพิ่มสูงขึ้น ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับการออกแบบ และสังเคราะห์ตัวยายับยั้ง Cathepsin K ที่ส่งผลต่อโรคกระดูกพรุนในอนาคต นอกจากนี้ยังพบว่า biding energy กับ HOMO สัมพันธ์กันเชิงเส้นตรง