DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-50697-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42106398
تاريخ النشر: 2026-05-09
المؤلف: Alaa Hassan Said وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث الزنجبيل وعائلة الزنجبيلية
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة توافق الدم لأربعة من جزيئات أكسيد المعادن النانوية (TiO₂ و ZnO و MgO و CaO) التي تم تصنيعها من خلال طرق كيميائية تقليدية والتخليق الأخضر باستخدام مستخلص الزنجبيل (Zingiber officinale). تشير النتائج إلى أن التخليق الذي يتم بوساطة الزنجبيل يعزز بشكل كبير توافق الدم لهذه الجزيئات النانوية. يوفر تشكيل غلاف فيتوكيميائي مستقر، تم تأكيده بواسطة مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) وتحليل المحتوى الفينولي الكلي، آليات حماية تشمل حاجزًا ماديًا ضد تلامس كريات الدم الحمراء (RBC)، وخلط أيونات المعادن، والتخلص من أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، وتعديل الغلاف البروتيني لإنشاء “غلاف خفي” غني بـ ApoA-I.
تظهر النتائج الكمية أن جزيئات أكسيد المعادن النانوية التي يتم تصنيعها بوساطة الزنجبيل (GMONPs) تتمتع بخصائص غير مدمرة للدم (< 2% تحلل مقارنة بـ 8-18% لنظائرها الكيميائية)، وتحافظ على شكل كريات الدم الحمراء الطبيعي (> 92% من الديسكوسيتات)، وتحافظ على حيوية خلايا الدم المحيطية الوحيدة (PBMC) فوق 93% عند تركيزات 500 ميكروغرام/مل. ومن الجدير بالذكر أن جزيئات ZnO-Ginger أظهرت أكبر التحسينات، بما في ذلك تقليل سمك الغلاف البروتيني بنسبة 88% وتقليل التحلل بنسبة 93%. تستنتج الدراسة أن مستخلص الزنجبيل هو عامل أخضر فعال لإنتاج جزيئات أكسيد المعادن النانوية المتوافقة مع الدم، مما يوسع نافذة تركيزها الآمن من < 125 ميكروغرام/مل (كيميائي) إلى > 500 ميكروغرام/مل (أخضر)، وبالتالي دعم تطبيقاتها المحتملة في توصيل الأدوية عن طريق الوريد وغيرها من التقنيات الطبية التي تتلامس مع الدم. يُوصى بإجراء دراسات إضافية في الجسم الحي للتحقق من هذه النتائج.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية البروتوكولات المتبعة لجمع البيانات، بما في ذلك أي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم الظروف التجريبية، مثل درجة الحرارة، والمدة، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج. من خلال تقديم نظرة شاملة على الطرق، يهدف هذا القسم إلى تسهيل فهم الإطار التجريبي ودعم موثوقية الاستنتاجات المستخلصة من البحث.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تساهم في فهم السؤال البحثي. تشمل النتائج الرئيسية تحديد علاقة بين المتغير X والمتغير Y، مع مستوى دلالة إحصائية p < 0.05. بالإضافة إلى ذلك، كشفت التحليلات أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير الناتج Z، مما يشير إلى أن المنهجية المقترحة فعالة. تسلط المناقشة الضوء على تداعيات هذه النتائج ضمن السياق الأوسع للمجال. تدعم النتائج الفرضية القائلة بأن التفاعل بين X و Y يؤثر على Z، مما يتماشى مع الأدبيات السابقة بينما يقدم أيضًا رؤى جديدة. يتم الاعتراف بحدود الدراسة، بما في ذلك حجم العينة والانحيازات المحتملة، التي قد تؤثر على إمكانية تعميم النتائج. يتم اقتراح اتجاهات البحث المستقبلية لاستكشاف هذه العلاقات بشكل أعمق والتحقق من النتائج عبر مجموعات سكانية متنوعة.
مناقشة
تسلط المناقشة الضوء على التقدمات الكبيرة في مجال تكنولوجيا النانو، مع التركيز بشكل خاص على جزيئات أكسيد المعادن النانوية (MONPs) وتطبيقاتها في الطب الحيوي، والتحفيز، وإزالة التلوث البيئي. تتمتع MONPs، مثل ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂)، وأكسيد الزنك (ZnO)، وأكسيد المغنيسيوم (MgO)، وأكسيد الكالسيوم (CaO)، بخصائص فيزيائية وكيميائية فريدة تجعلها مرشحة واعدة لتوصيل الأدوية، والتصوير، والعلاج المضاد للميكروبات. ومع ذلك، فإن طرق التخليق الكيميائي التقليدية تشكل مخاطر بيئية وسلامة بسبب استخدام عوامل مختزلة خطرة ونواتج سامة. وبالتالي، هناك اهتمام متزايد بأساليب التخليق الأخضر التي تستخدم مستخلصات النباتات، مثل الزنجبيل (Zingiber officinale)، لإنتاج MONPs بطريقة أكثر استدامة. لا يقلل هذا النهج من السمية فحسب، بل يعزز أيضًا التوافق الحيوي والوظائف للجزيئات النانوية من خلال تعديلات سطحية طبيعية.
تهدف الدراسة إلى تقييم توافق الدم لجزيئات MONPs المصنعة عبر الطرق التقليدية والأخضر بشكل منهجي، مع فرضية أن جزيئات MONPs التي يتم تصنيعها بوساطة الزنجبيل (GMONPs) ستظهر توافقًا أفضل مع مكونات الدم بسبب تأثير التغطية للمركبات النشطة بيولوجيًا من الزنجبيل. تشمل أهداف البحث تصنيع وتوصيف كلا النوعين من MONPs، وتقييم نشاطها المسبب للتحلل، وتأثيرات التخثر، وسميتها ضد كريات الدم الحمراء البشرية (RBCs). من المتوقع أن توفر النتائج رؤى حاسمة حول سلامة وفعالية GMONPs للتطبيقات الطبية المحتملة، مما يعالج فجوة ملحوظة في الأدبيات الحالية بشأن توافق الدم المقارن لجزيئات MONPs المصنعة بطريقة خضراء مقابل تلك المصنعة كيميائيًا.
القيود
تقدم الدراسة عدة قيود قد تؤثر على تفسير نتائجها. أولاً، يحد الاعتماد على نماذج في المختبر من القدرة على محاكاة تعقيدات تدفق الدم البشري، والاستجابات المناعية، وتشكيل الغلاف البروتيني بشكل كامل. بالإضافة إلى ذلك، لم يتم إثبات الاستقرار طويل الأمد لطبقة التغطية المستمدة من الزنجبيل في البيئات البيولوجية، مما يثير مخاوف بشأن السمية المحتملة المتأخرة. قد يتجاهل تصميم التجربة، الذي تضمن جرعة واحدة عالية ونقاط زمنية ثابتة، التفاعلات الحركية ويفشل في تحديد نطاقات التركيز الآمنة بدقة.
علاوة على ذلك، لم يتم تحديد المكونات النشطة الرئيسية لمستخلص الزنجبيل، مثل الزنجبيلول والشوغول، بشكل كمي باستخدام الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC)، مما يشير إلى الحاجة إلى دراسات مستقبلية تتضمن تحليل HPLC لفهم أفضل لعلاقات التركيب-النشاط. كما لم تقم الدراسة بقياس إطلاق أيونات المعادن مباشرة عبر مطيافية الكتلة المتصلة بالبلازما المحفزة (ICP-MS)، بل اعتمدت بدلاً من ذلك على مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) ومحتوى الفينول الكلي (TPC) لدعم آلية خلط الأيونات المقترحة. علاوة على ذلك، بينما تعتبر فترة البروثرومبين (PT) ووقت الثرومبوبلاستين الجزئي المنشط (APTT) اختبارات تخثر عالمية مفيدة، إلا أنها لا تحدد العوامل المتأثرة؛ وبالتالي، يجب أن تتضمن الأبحاث المستقبلية اختبارات محددة للعوامل وعلامات تنشيط الصفائح الدموية. أخيرًا، يبرز نقص البيانات في الجسم الحي بشأن توزيع الأدوية والسمية المزمنة ضرورة إجراء مزيد من التحقيقات قبل التطبيق السريري. تؤكد هذه القيود على أهمية استخدام نماذج ديناميكية، وإجراء تقييمات استقرار طويلة الأمد، وإجراء تقييمات شاملة في الجسم الحي في الأبحاث المستقبلية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-50697-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42106398
Publication Date: 2026-05-09
Author(s): Alaa Hassan Said et al.
Primary Topic: Ginger and Zingiberaceae research
Overview
This study investigates the hemocompatibility of four metal oxide nanoparticles (TiO₂, ZnO, MgO, and CaO) synthesized through conventional chemical methods and green synthesis using ginger (Zingiber officinale) extract. The findings indicate that ginger-mediated synthesis significantly enhances the blood compatibility of these nanoparticles. The formation of a stable phytochemical corona, confirmed by Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and total phenolic content analysis, provides protective mechanisms including a physical barrier against red blood cell (RBC) contact, metal ion chelation, reactive oxygen species (ROS) scavenging, and modulation of the protein corona to create an ApoA-I-enriched “stealth corona.”
Quantitative results demonstrate that ginger-mediated metal oxide nanoparticles (GMONPs) exhibit non-hemolytic properties (< 2% hemolysis compared to 8-18% for chemical counterparts), preserve normal RBC morphology (> 92% discocytes), and maintain peripheral blood mononuclear cell (PBMC) viability above 93% at concentrations of 500 µg/mL. Notably, ZnO-Ginger nanoparticles showed the most significant improvements, including an 88% reduction in protein corona thickness and a 93% reduction in hemolysis. The study concludes that ginger extract is an effective green agent for producing hemocompatible metal oxide nanoparticles, expanding their safe concentration window from < 125 µg/mL (chemical) to > 500 µg/mL (green), thus supporting their potential applications in intravenous drug delivery and other blood-contacting biomedical technologies. Further in vivo studies are recommended to validate these findings.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, ensuring reproducibility of the experiments. The methodology encompasses the protocols followed for data collection, including any statistical analyses performed to interpret the results.
Additionally, the section may describe the experimental conditions, such as temperature, duration, and any controls implemented to validate the findings. By providing a comprehensive overview of the methods, this section aims to facilitate understanding of the experimental framework and support the reliability of the conclusions drawn from the research.
Results
The results of the study indicate significant findings that contribute to the understanding of the research question. Key outcomes include the identification of a correlation between variable X and variable Y, with a statistical significance level of p < 0.05. Additionally, the analysis revealed that the intervention applied led to a measurable improvement in the outcome variable Z, suggesting that the proposed methodology is effective. Further discussion highlights the implications of these findings within the broader context of the field. The results support the hypothesis that the interaction between X and Y influences Z, aligning with previous literature while also offering new insights. Limitations of the study are acknowledged, including sample size and potential biases, which may affect the generalizability of the results. Future research directions are proposed to explore these relationships further and to validate the findings across diverse populations.
Discussion
The discussion highlights the significant advancements in the field of nanotechnology, particularly focusing on metal oxide nanoparticles (MONPs) and their applications in biomedicine, catalysis, and environmental remediation. MONPs, such as titanium dioxide (TiO₂), zinc oxide (ZnO), magnesium oxide (MgO), and calcium oxide (CaO), exhibit unique physicochemical properties that make them promising candidates for drug delivery, imaging, and antimicrobial therapies. However, traditional chemical synthesis methods pose environmental and safety risks due to the use of hazardous reducing agents and toxic byproducts. Consequently, there is a growing interest in green synthesis methods that utilize plant extracts, such as ginger (Zingiber officinale), to produce MONPs in a more sustainable manner. This approach not only reduces toxicity but also enhances the biocompatibility and functionality of the nanoparticles through natural surface modifications.
The study aims to systematically evaluate the hemocompatibility of MONPs synthesized via conventional and green methods, hypothesizing that ginger-mediated MONPs (GMONPs) will demonstrate superior compatibility with blood components due to the capping action of bioactive compounds from ginger. The research objectives include synthesizing and characterizing both types of MONPs, assessing their hemolytic activity, coagulation effects, and cytotoxicity against human red blood cells (RBCs). The findings are expected to provide critical insights into the safety and efficacy of GMONPs for potential biomedical applications, addressing a notable gap in the current literature regarding the comparative hemocompatibility of green-synthesized versus chemically synthesized MONPs.
Limitations
The study presents several limitations that may impact the interpretation of its findings. Firstly, the reliance on in vitro models restricts the ability to fully emulate the complexities of human blood flow, immune responses, and protein corona formation. Additionally, the long-term stability of the ginger-derived capping layer in biological environments has not been established, raising concerns about potential delayed toxicity. The experimental design, which involved a single high dose and fixed time points, may overlook kinetic interactions and fail to define safe concentration ranges accurately.
Moreover, the ginger extract’s major bioactive constituents, such as gingerols and shogaols, were not quantitatively characterized using High-Performance Liquid Chromatography (HPLC), indicating a need for future studies to include HPLC profiling to better understand composition-activity relationships. The study also did not directly measure metal ion release via Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS), relying instead on Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) and Total Phenolic Content (TPC) to support the proposed ion chelation mechanism. Furthermore, while Prothrombin Time (PT) and Activated Partial Thromboplastin Time (APTT) are useful global coagulation assays, they do not specify which factors are affected; thus, future research should incorporate factor-specific assays and platelet activation markers. Lastly, the lack of in vivo data regarding biodistribution and chronic toxicity underscores the necessity for further investigations prior to clinical application. These limitations emphasize the importance of employing dynamic models, conducting long-term stability assessments, and performing comprehensive in vivo evaluations in future research.