DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-85123-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39755826
تاريخ النشر: 2025-01-04
المؤلف: Jinlei Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأطر العضوية المعدنية: التركيب والتطبيقات
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تطوير إطار عضوي معدني جديد من الفضة (Ag@MOF) محمّل في هيدروجيل ألجينات الصوديوم (Alg) كعلاج لالتهاب اللثة، وهو حالة التهابية مزمنة يمكن أن تؤدي إلى فقدان الأسنان. أظهرت جزيئات Ag@MOF المُصنّعة، التي يبلغ حجمها حوالي 5.5 نانومتر، نشاطًا مضادًا للبكتيريا كبيرًا ضد الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية من خلال تعطيل الأيض البكتيري، وتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، ومنع تكوين الأغشية الحيوية. عرض هيدروجيل Ag@MOF/Alg هيكلًا ثلاثي الأبعاد مع خصائص محبة للماء ومضادة للميكروبات، مما يعزز هجرة خلايا البطانة وتكوين الأوعية.
في نماذج الفئران لالتهاب اللثة الناتج عن الرباط، أدى العلاج بهيدروجيل Ag@MOF/Alg إلى تقليل فقدان عظام الفك والالتهاب، كما يتضح من انخفاض مستويات السيتوكينات المؤيدة للالتهاب TNF-α وIL-6 وIL-1β مقارنة بالمجموعات الضابطة. تشير النتائج إلى أن هيدروجيل Ag@MOF/Alg لا يثبط فقط نمو البكتيريا ولكنه يعزز أيضًا تجديد الأنسجة ويقلل الالتهاب، مما يقدم نهجًا علاجيًا واعدًا لالتهاب اللثة وتطبيقات محتملة في هندسة الأنسجة اللثوية.
الطرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والطرق المستخدمة في بحثهم. تشمل المواد الكيميائية الرئيسية والمواد نترات الفضة (AgNO₃) وحمض التيرفثاليك (H₂BDC) المأخوذة من شركة شانغهاي ماكلين للتكنولوجيا الحيوية المحدودة، وN,N-dimethylformamide (DMF) من شركة تيانجين شينبوت للتكنولوجيا الكيميائية المحدودة. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على ألجينات الصوديوم من مجموعة شانغهاي للأدوية، بينما تم الحصول على سيتوكينات مختلفة مثل IL-1β وTNF-α وVEGF من شركة شنيانغ وانلي للتكنولوجيا الحيوية المحدودة.
شملت الدراسة أيضًا سلالات بكتيرية، تحديدًا المكورات العنقودية الذهبية (ATCC 25923) والإشريكية القولونية (ATCC 25922)، المقدمة من مجموعة الثقافة الأمريكية (ATCC). تم الحصول على الفضة النانوية بأحجام مختلفة من شركة شانغهاي ياوتيان للتكنولوجيا الجديدة المحدودة. بالنسبة للاختبارات، تم الحصول على مجموعة اختبار أنواع الأكسجين التفاعلية ومجموعة تحليل دورة الخلية والموت المبرمج من شركة بكين سولاربيو للعلوم والتكنولوجيا المحدودة، بالإضافة إلى مواد كيميائية أخرى مثل الكريستال البنفسجي من شركة ميرك للتكنولوجيا الحيوية المحدودة ومجموعة صبغة الهيماتوكسيلين والإيوزين من شركة شانغهاي شانغباو للتكنولوجيا الحيوية المحدودة. تم استخدام جميع المواد كما هي دون مزيد من التنقية، مما يضمن سلامة الإجراءات التجريبية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة واضحة بين المتغيرات قيد البحث، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. يتم الإبلاغ عن مقاييس محددة، مثل قيم p وفترات الثقة، لدعم الاستنتاجات المستخلصة.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن النموذج أو الفرضية المقترحة تتنبأ بفعالية بالظواهر الملاحظة، كما يتضح من القيم العالية لـ R-squared وهوامش الخطأ المنخفضة. تمثل الرسوم البيانية، بما في ذلك المخططات والرسوم البيانية، الاتجاهات والأنماط المحددة في البيانات، مما يوفر تأكيدًا بصريًا للنتائج الكمية. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية مساهمات الدراسة في المعرفة الحالية في هذا المجال.
المناقشة
ت outlines قسم المناقشة في ورقة البحث تخليق وتوصيف المواد القائمة على الفضة، تحديدًا Ag@MOF وهيدروجيل Ag@MOF/Alg، وتطبيقاتها البيولوجية. تم زراعة خلايا بطانة الوريد السري البشري (HUVECs) ومعالجتها بالليبوبوليسكاريد (LPS) لإنشاء نموذج التهابي لاختبار الإمكانات التكوينية للأوعية للمواد المُصنّعة. تم توصيف Ag@MOF باستخدام تقنيات مختلفة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الناقل (TEM) وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD) وطيف الإلكترون الضوئي للأشعة السينية (XPS)، مما يكشف عن جزيئات نانوية كروية يبلغ قطرها حوالي 5 نانومتر مع هيكل بلوري. عرض هيدروجيل Ag@MOF/Alg شبكة ثلاثية الأبعاد مسامية، مما يدل على استقرار هيكلي جيد ومحبة للماء.
أظهرت الاختبارات المضادة للبكتيريا في المختبر أن Ag@MOF وهيدروجيل Ag@MOF/Alg يثبطان بشكل فعال نمو الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية، حيث أظهر Ag@MOF خصائص مضادة للبكتيريا تفوق تلك الخاصة بجزيئات الفضة النانوية الأخرى ذات الأحجام المختلفة. تم التحقيق في آليات العمل من خلال إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ومستويات المالونديالديهايد (MDA) ومحتوى ATP، مما يشير إلى أن Ag@MOF تسبب في تلف كبير لخلايا البكتيريا. علاوة على ذلك، عزز هيدروجيل Ag@MOF/Alg تكوين الأوعية في HUVECs المستحثة بـ LPS، مما يعزز هجرة الخلايا وتكوين الأنابيب، كما يتضح من اختبارات مختلفة. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن Ag@MOF ومركبه الهيدروجيلي يحملان وعدًا للتطبيقات في العلاجات المضادة للبكتيريا وهندسة الأنسجة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-85123-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39755826
Publication Date: 2025-01-04
Author(s): Jinlei Wang et al.
Primary Topic: Metal-Organic Frameworks: Synthesis and Applications
Overview
This study investigates the development of a novel Ag-Metal Organic Framework (Ag@MOF) loaded into sodium alginate (Alg) hydrogel as a treatment for periodontitis, a chronic inflammatory condition that can lead to tooth loss. The synthesized Ag@MOF particles, approximately 5.5 nm in size, demonstrated significant antibacterial activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus by disrupting bacterial metabolism, generating reactive oxygen species (ROS), and preventing biofilm formation. The Ag@MOF/Alg hydrogel exhibited a three-dimensional structure with hydrophilic and antimicrobial properties, enhancing endothelial cell migration and angiogenesis.
In mouse models of ligature-induced periodontitis, treatment with the Ag@MOF/Alg hydrogel resulted in reduced jaw bone loss and inflammation, as evidenced by decreased levels of pro-inflammatory cytokines TNF-α, IL-6, and IL-1β compared to control groups. The findings suggest that the Ag@MOF/Alg hydrogel not only inhibits bacterial growth but also promotes tissue regeneration and reduces inflammation, presenting a promising therapeutic approach for periodontitis and potential applications in periodontal tissue engineering.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods utilized in their research. Key chemicals and materials include silver nitrate (AgNO₃) and terephthalic acid (H₂BDC) sourced from Shanghai Macklin Biochemical Technology Co., Ltd., and N,N-dimethylformamide (DMF) from Tianjin Xinbote Chemical Co., Ltd. Additionally, sodium alginate was obtained from Shanghai Pharmaceutical Reagent Group, while various cytokines such as IL-1β, TNF-α, and VEGF were procured from Shenyang Wanlei Biotechnology Co., Ltd.
The study also involved bacterial strains, specifically Staphylococcus aureus (ATCC 25923) and Escherichia coli (ATCC 25922), provided by the American Type Culture Collection (ATCC). Nano silver of various sizes was acquired from Shanghai Yaotian New Material Technology Co., Ltd. For assays, the Reactive Oxygen Species Assay Kit and the Cell Cycle and Apoptosis Analysis Kit were obtained from Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd., along with other reagents such as crystal violet from Merck Biotech Co., Ltd. and a Hematoxylin and Eosin Staining Kit from Shanghai Shangbao Biotech Co., Ltd. All materials were used as received without further purification, ensuring the integrity of the experimental procedures.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a clear correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Specific metrics, such as p-values and confidence intervals, are reported to substantiate the conclusions drawn.
Additionally, the results demonstrate that the proposed model or hypothesis effectively predicts the observed phenomena, as evidenced by the high R-squared values and low error margins. Graphical representations, including plots and charts, further illustrate the trends and patterns identified in the data, providing a visual confirmation of the quantitative findings. Overall, the results underscore the relevance of the study’s contributions to the existing body of knowledge in the field.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the synthesis and characterization of silver-based materials, specifically Ag@MOF and Ag@MOF/Alg hydrogel, and their biological applications. Human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) were cultured and treated with lipopolysaccharide (LPS) to create an inflammatory model for testing the angiogenic potential of the synthesized materials. The Ag@MOF was characterized using various techniques, including transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), revealing spherical nanoparticles approximately 5 nm in diameter with a crystalline structure. The Ag@MOF/Alg hydrogel exhibited a porous three-dimensional network, demonstrating good structural stability and hydrophilicity.
In vitro antibacterial tests showed that Ag@MOF and Ag@MOF/Alg hydrogel effectively inhibited the growth of Escherichia coli and Staphylococcus aureus, with Ag@MOF exhibiting superior antibacterial properties compared to other silver nanoparticles of varying sizes. The mechanisms of action were investigated through reactive oxygen species (ROS) production, malondialdehyde (MDA) levels, and ATP content, indicating that Ag@MOF induced significant bacterial cell damage. Furthermore, the Ag@MOF/Alg hydrogel promoted angiogenesis in LPS-induced HUVECs, enhancing cell migration and tube formation, as evidenced by various assays. Overall, the findings suggest that Ag@MOF and its hydrogel composite hold promise for applications in antibacterial treatments and tissue engineering.