DOI: https://doi.org/10.2147/ijn.s566276
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41858573
تاريخ النشر: 2026-01-01
المؤلف: Katarzyna Łukowiak وآخرون
الموضوع الرئيسي: خصائص وأستخدامات أكسيد المغنيسيوم
نظرة عامة
تقدم هذه القسم من ورقة البحث نظرة شاملة على التطبيقات المحتملة لجزيئات أكسيد الزنك النانوية (ZnO NPs) التي تم تصنيعها حيوياً في توصيل الأدوية المضادة للسرطان المستهدفة. يسلط الضوء على الخصائص الفريدة والتوافق الحيوي لجزيئات ZnO NPs، مما يجعلها مرشحة واعدة لتقليل جرعات الأدوية وتقليل الآثار الجانبية من خلال استهداف خلايا السرطان بشكل محدد. تؤكد المراجعة على مزايا طرق التخليق الأخضر، التي تستخدم المنتجات الطبيعية والكائنات الحية، مما يؤدي إلى جزيئات نانوية صديقة للبيئة وفعالة من حيث التكلفة ومحددة بشكل جيد. ومع ذلك، تتناول أيضًا التحديات المرتبطة بتخليقها، والسمية، وقابلية التوسع، والحاجة إلى التعاون بين التخصصات لتقدم تطبيقها السريري.
تؤكد الخاتمة على أهمية جزيئات ZnO NPs التي تم تصنيعها حيوياً في مجال النانوميدسين، داعية إلى مزيد من البحث لفهم آليات عملها، وملفات السلامة، والفعالية العلاجية. تشير إلى ضرورة التغلب على التحديات المتعلقة بتنوع المصادر البيولوجية المستخدمة في التخليق، مما يؤثر على خصائص الجزيئات النانوية ويعقد عملية التوحيد القياسي. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية استكشاف إمكانية جزيئات ZnO NPs لتحفيز الموت الخلوي الحديدي في خلايا السرطان، وتعزيز قدراتها متعددة الوظائف، والتحقيق في مصادر بيولوجية متنوعة لتخليق الجزيئات النانوية. في النهاية، تفترض الورقة أن دمج هذه التطورات يمكن أن يؤدي إلى علاجات سرطانية أكثر فعالية واستدامة.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية التقدمات الكبيرة في تطبيق المواد النانوية، وخاصة الجزيئات النانوية (NPs) التي تتراوح أحجامها بين 1-100 نانومتر، في الهندسة والطب على مدى العقدين الماضيين. تعرض هذه المواد خصائص فيزيائية وكيميائية فريدة تسهل استخدامها في أنظمة توصيل الأدوية المستهدفة، خاصة للأدوية غير القابلة للذوبان في الماء. من بين الجزيئات النانوية المختلفة، يتم تسليط الضوء على جزيئات أكسيد الزنك (ZnO) NPs لتوافقها الحيوي، وقابلية التحلل الحيوي، وخصائصها الفعالة المضادة للميكروبات والمضادة للالتهابات، مما يجعلها مرشحة واعدة لعلاج السرطان. تشير الورقة إلى أن جزيئات ZnO NPs يمكن أن تعزز توصيل الأدوية من خلال السماح بالإفراج المنضبط والاستهداف الانتقائي لخلايا السرطان، مما يقلل من الآثار الجانبية المرتبطة بالعلاجات التقليدية.
تهدف المراجعة إلى سد فجوة في الأدبيات المتعلقة بجزيئات ZnO NPs التي تم تصنيعها حيوياً، والتي تستخدم العمليات البيوكيميائية الطبيعية للتخليق، مما يوفر مزايا مثل تحسين الإمكانات العلاجية والسلامة البيئية مقارنة بالطرق التقليدية. على الرغم من الفوائد، تبقى التحديات قائمة، بما في ذلك التباين في المصادر البيولوجية والعقبات التنظيمية. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى البحث بين التخصصات والتقدم في توصيف الجزيئات النانوية لتحقيق الإمكانات الكاملة لجزيئات ZnO NPs التي تم تصنيعها حيوياً في أنظمة توصيل الأدوية. ستغطي الورقة بشكل شامل طرق التخليق، والتوصيف، والنشاط المضاد للسرطان، والمخاطر الصحية المرتبطة بهذه الناقلات النانوية الخضراء، بما يتماشى مع أهداف الاستدامة العالمية.
طرق
يمكن تحقيق تخليق الجزيئات النانوية المعدنية (NPs) من خلال طرق متنوعة، تصنف بشكل عام إلى طرق من الأعلى إلى الأسفل (فيزيائية) ومن الأسفل إلى الأعلى (كيميائية وبيولوجية). تشمل الطرق الفيزيائية، مثل الصوتنة، وإزالة الليزر، والطحن الميكانيكي، تفكيك المواد الضخمة إلى جزيئات نانوية. بينما تسمح هذه الطرق بتخليق سريع، فإنها غالبًا ما تؤدي إلى مستويات عالية من الشوائب، وأشكال غير منتظمة، واستهلاك كبير للطاقة، إلى جانب التحديات المتعلقة بالتكلفة ومتطلبات المعدات. تعتبر إزالة الليزر، وهي طريقة فيزيائية بارزة، آمنة بيئيًا وفعالة ولكنها تنتج نواتج ثانوية من التحلل الحراري.
توفر الطرق الكيميائية، بما في ذلك عمليات الهلام السائل والترسيب الكيميائي المشترك، تحكمًا دقيقًا في حجم الجزيئات النانوية ونقاوتها. تنتج التقنيات التقليدية مثل التخليق الهيدروحراري جزيئات ZnO NPs عالية الجودة ولكنها تتطلب معدات باهظة الثمن وضوابط بيئية صارمة، مما يساهم في بصمة كربونية كبيرة. بالمقابل، تقدم الطرق البيولوجية، التي تستخدم المنتجات الطبيعية والكائنات الحية، بديلاً صديقًا للبيئة، مما يقلل من استهلاك الطاقة والنفايات الخطرة. يمكن أن تنتج هذه الطرق جزيئات نانوية بخصائص محددة جيدًا ونشاط بيولوجي معزز بسبب وجود الجزيئات الحيوية. ومع ذلك، تبقى التحديات مثل استقرار الجزيئات النانوية، وقابلية التوسع، والتنقية. يعد توحيد المواد البيولوجية وتطوير بروتوكولات قوية أمرًا ضروريًا لتحسين تخليق الجزيئات النانوية من خلال الطرق الخضراء، مما قد يؤدي إلى ممارسات أكثر استدامة في تكنولوجيا النانو.
مناقشة
في قسم المناقشة، تسلط الورقة الضوء على مزايا وتحديات تخليق جزيئات أكسيد الزنك النانوية (ZnO NPs) باستخدام مصادر بيولوجية متنوعة، بما في ذلك النباتات، والبكتيريا، والفطريات، والطحالب. تُفضل مستخلصات النباتات لوفرتها ووجود المركبات النباتية التي تعمل كعوامل اختزال وتغطية، مما يعزز استقرار وتوافق جزيئات ZnO NPs. تتضمن عملية التخليق ثلاث مراحل: التنشيط، والتطوير، والانتهاء، مما يؤدي إلى تشكيل جزيئات نانوية مستقرة ونقية ذات خصائص مضادة للميكروبات كبيرة. ومع ذلك، فإن التحديات مثل التباين في تركيب المستخلصات والإجراءات التي تتطلب الكثير من العمل تعيق قابلية التوسع للتطبيقات التجارية.
يقدم التخليق البكتيري لجزيئات ZnO NPs، على الرغم من أنه أقل استكشافًا، مزايا مثل القابلية للتكرار والتلاعب الجيني ولكنه يواجه مشكلات مثل الحاجة إلى ظروف معقمة وتكاليف وسائط المغذيات. تعتبر الفطريات أيضًا فعالة في تخليق الجزيئات النانوية بسبب قدرتها على تراكم المعادن، على الرغم من أن طبيعتها غير المتوقعة ومعدلات نموها البطيئة تشكل تحديات. تقدم الطحالب، سواء كانت دقيقة أو كبيرة، طريقًا أقل شيوعًا ولكن واعدًا لتخليق الجزيئات النانوية، مستفيدة من مركباتها النشطة حيويًا للتقليل والاستقرار. يعد توصيف جزيئات ZnO NPs من خلال تقنيات مثل مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، والمجهر الإلكتروني، والتشتت بالأشعة السينية أمرًا حيويًا لفهم شكلها، وحجمها، وتطبيقاتها المحتملة في النانوميدسين، خاصة في العلاجات المستهدفة للسرطان، حيث تعزز خصائصها الكهروستاتيكية الفريدة من امتصاصها الانتقائي بواسطة خلايا السرطان.
DOI: https://doi.org/10.2147/ijn.s566276
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41858573
Publication Date: 2026-01-01
Author(s): Katarzyna Łukowiak et al.
Primary Topic: Magnesium Oxide Properties and Applications
Overview
This section of the research paper provides a comprehensive overview of the potential applications of biosynthesized zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) in targeted anticancer drug delivery. It highlights the unique properties and biocompatibility of ZnO NPs, which make them promising candidates for reducing drug dosages and minimizing side effects by specifically targeting cancer cells. The review emphasizes the advantages of green synthesis methods, which utilize natural products and living organisms, resulting in eco-friendly, cost-effective, and well-defined nanoparticles. However, it also addresses the challenges associated with their synthesis, toxicity, scalability, and the need for interdisciplinary collaboration to advance their clinical application.
The conclusion underscores the significance of biosynthesized ZnO NPs in the field of nanomedicine, advocating for further research to understand their mechanisms of action, safety profiles, and therapeutic efficacy. It points out the necessity of overcoming challenges related to the variability in biological sources used for synthesis, which affects the nanoparticles’ characteristics and complicates standardization. Future research directions include exploring the potential of ZnO NPs to induce ferroptosis in cancer cells, enhancing their multifunctional capabilities, and investigating diverse biological sources for nanoparticle synthesis. Ultimately, the paper posits that the integration of these advancements could lead to more effective and sustainable cancer therapies.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the significant advancements in the application of nanomaterials, particularly nanoparticles (NPs) sized between 1-100 nm, in engineering and medicine over the past two decades. These materials exhibit unique physical and chemical properties that facilitate their use in targeted drug delivery systems, especially for hydrophobic and poorly water-soluble drugs. Among various nanoparticles, zinc oxide (ZnO) NPs are highlighted for their biocompatibility, biodegradability, and effective antimicrobial and anti-inflammatory properties, making them promising candidates for cancer treatment. The paper notes that ZnO NPs can enhance drug delivery by allowing for controlled release and selective targeting of cancer cells, thereby minimizing side effects associated with traditional therapies.
The review aims to fill a gap in the literature regarding biosynthesized ZnO NPs, which utilize natural biochemical processes for synthesis, offering advantages such as improved therapeutic potential and environmental safety compared to conventional methods. Despite the benefits, challenges remain, including variability in biosources and regulatory hurdles. The authors emphasize the need for interdisciplinary research and advancements in NP characterization to fully realize the potential of biosynthesized ZnO NPs in drug delivery systems. The paper will comprehensively cover synthesis methods, characterization, anticancer activity, and health risks associated with these green nanocarriers, aligning with global sustainability goals.
Methods
The synthesis of metallic nanoparticles (NPs) can be achieved through various methods, broadly classified into top-down (physical) and bottom-up (chemical and biological) approaches. Physical methods, such as sonication, laser ablation, and mechanical milling, involve breaking down bulk materials into nanoparticles. While these methods allow for rapid synthesis, they often result in high impurity levels, irregular shapes, and significant energy consumption, alongside challenges related to cost and equipment requirements. Laser ablation, a prominent physical method, offers environmental safety and efficiency but generates pyrolysis byproducts.
Chemical methods, including sol-gel processes and chemical co-precipitation, provide precise control over nanoparticle size and purity. Traditional techniques like hydrothermal synthesis yield high-quality ZnO NPs but require expensive equipment and strict environmental controls, contributing to a substantial carbon footprint. In contrast, biological methods, which utilize natural products and living organisms, present an eco-friendly alternative, reducing energy consumption and hazardous waste. These methods can produce nanoparticles with well-defined characteristics and enhanced biological activity due to the presence of biomolecules. However, challenges such as nanoparticle stability, scalability, and purification remain. Standardizing biological materials and developing robust protocols are essential for optimizing the synthesis of nanoparticles through green methods, which could lead to more sustainable practices in nanotechnology.
Discussion
In the discussion section, the paper highlights the advantages and challenges of synthesizing zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) using various biological sources, including plants, bacteria, fungi, and algae. Plant extracts are favored for their abundance and the presence of phytoconstituents that serve as reducing and capping agents, enhancing the stability and biocompatibility of ZnO NPs. The synthesis process involves three phases: activation, development, and termination, leading to the formation of stable and pure nanoparticles with significant antimicrobial properties. However, challenges such as variability in extract composition and labor-intensive procedures hinder scalability for commercial applications.
Bacterial synthesis of ZnO NPs, while less explored, offers advantages like reproducibility and genetic manipulation but faces issues such as the need for sterile conditions and nutrient media costs. Fungi are also effective in NP synthesis due to their metal accumulation capabilities, although their unpredictable nature and slower growth rates pose challenges. Algae, both micro and macro, present a less common but promising avenue for NP synthesis, utilizing their bioactive compounds for reduction and stabilization. The characterization of ZnO NPs through techniques like UV-Vis spectroscopy, electron microscopy, and X-ray diffraction is crucial for understanding their morphology, size, and potential applications in nanomedicine, particularly in targeted cancer therapies, where their unique electrostatic properties enhance selective uptake by cancer cells.