Numerical simulation of PDRN iontophoresis: comparison with passive diffusion and key parameter analysis.

چکیده اصلی

Polydeoxyribonucleotide (PDRN) is a bio-derived therapeutic agent known to exhibit regenerative, angiogenic, and anti-inflammatory effects. However, its relatively large molecular size limits penetration across the skin barrier, thereby reducing the feasibility of noninvasive transdermal delivery. Iontophoresis is a promising approach for enhancing the transport of charged macromolecules, yet quantitative understanding of PDRN iontophoresis remains limited. Here, we present an in silico framework for cathodal PDRN iontophoresis based on the Nernst-Planck equation, focusing on passive diffusion and electromigration. The PDRN diffusion coefficient was determined from Franz diffusion cell experiments using the lag-time method, and the effective charge was estimated from prior experimental reports on dsDNA. A three-layer skin model comprising the stratum corneum, epidermis, and dermis was employed, and PDRN transport was analyzed as a function of applied current density, initial PDRN concentration, delivery time, and PDRN diffusion coefficient. Transport was quantified using molar flux and cumulative permeation at the epidermis-dermis interface and mid-dermis. The results clarify parameter-dependent regulation of delivery and reveal a depth-dependent shift in the dominant transport mechanism, highlighting the importance of iontophoresis for macromolecular delivery. Using calibrated outputs, we assessed agreement with experimental permeation data using the root-mean-square deviation (RMSD), mean absolute percentage error (MAPE), and the coefficient of determination (R2). Overall, this work provides a computational baseline to predict PDRN iontophoresis outcomes and proposes practical iontophoresis strategies for PDRN to guide device design.

ترجمه فارسی چکیده

پلی‌دئوکسی‌ریبونوکلئوتید (PDRN) یک عامل درمانی مشتق زیستی است که اثرات بازسازی، آنژیوژنیک و ضدالتهابی را نشان می‌دهد. با این حال، اندازه مولکولی نسبتاً بزرگ آن نفوذ از طریق مانع پوستی را محدود می‌کند و در نتیجه قابلیت‌های انتقال غیرتهاجمی پوستی را کاهش می‌دهد. الکتروفورز یک رویکرد امیدوارکننده برای افزایش انتقال مولکول‌های بزرگ باردار است، اما درک کمی از الکتروفورز PDRN همچنان محدود است. در اینجا، ما یک چارچوب شبیه‌سازی کامپیوتری برای الکتروفورز کاتدی PDRN بر اساس معادله نرنست-پلانک ارائه می‌دهیم که بر نفوذ غیرفعال و الکترومغناطیس تمرکز دارد. ضریب نفوذ PDRN از آزمون‌های سلول فرانز با استفاده از روش زمان تاخیر تعیین شد و بار الکتریکی مؤثر از گزارش‌های تجربی قبلی روی dsDNA برآورد گردید. یک مدل پوستی سه لایه شامل لایه خاری، پوست و بافت همبند استفاده شد و انتقال PDRN به عنوان تابعی از چگالی جریان اعمالی، غلظت اولیه PDRN، زمان تحویل و ضریب نفوذ PDRN تحلیل شد. انتقال با استفاده از شار مولی و نفوذ تجمعی در مرز پوست-بافت همبند و بافت همبند میانی کمی‌سازی شد. نتایج، تنظیم‌های وابسته به پارامتر تحویل را روشن می‌کنند و تغییر مکانیسم غالب انتقال را بر اساس عمق نشان می‌دهند و اهمیت الکتروفورز را برای انتقال مولکول‌های بزرگ برجسته می‌سازند. با استفاده از خروجی‌های تنظیم‌شده، ما توافق را با داده‌های نفوذ تجربی با استفاده از انحراف ریشه میانگین مربع (RMSD)، خطای درصد مطلق میانگین (MAPE) و ضریب تعیین (R2) ارزیابی کردیم. در مجموع، این کار یک پایه محاسباتی برای پیش‌بینی نتایج الکتروفورز PDRN ارائه می‌دهد و استراتژی‌های عملی الکتروفورز را برای PDRن برای هدایت طراحی دستگاه پیشنهاد می‌کند.

متن کامل اصلی