DOI: https://doi.org/10.2147/ijn.s507214
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40225223
تاريخ النشر: 2025-04-01
المؤلف: Nahed Ahmed Hussien وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد النانوية المتقدمة في الحفز
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في التخليق الأخضر لجزيئات أكسيد الزنك النانوية (ZnO-NPs) باستخدام مستخلص براعم القرنفل (Syzygium aromaticum) وتقييم إمكانياتها في التطبيقات الطبية الحيوية، مع التركيز بشكل خاص على الخصائص المضادة للبكتيريا، ومضادة للسرطان، ومضادة للالتهابات. تم توصيف جزيئات CBE-ZnO-NPs التي تم تخليقها من خلال تقنيات مختلفة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، مما يؤكد حجمها، وشكلها، وتركيبها العنصري. أظهرت الجزيئات النانوية حجمًا متوسطًا يبلغ 249.8 نانومتر وإمكانات زيتا تبلغ -3.38 مللي فولت، مما يشير إلى استقرار كولودي معتدل.
أظهرت النتائج أن CBE-ZnO-NPs تمتلك نشاطًا مضادًا للبكتيريا كبيرًا ضد كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسلبية الجرام، مع قيم التركيز المثبط الأدنى (MIC) تتراوح من 62.5 إلى 125 ميكروغرام/مل. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت نشاطًا معتدلًا مضادًا للسرطان ضد خلايا سرطان اللسان (HNO-97) بقيمة IC50 تتجاوز 100 ميكروغرام/مل، وتأثيرات مضادة للالتهابات في خلايا RAW 264.7 المستحثة بواسطة LPS، مع IC50 قدره 69.3 ميكروغرام/مل. تسلط الدراسة الضوء على إمكانيات هذه الجزيئات النانوية الحيوية التخليق كبديل مستدام للعلاجات التقليدية، مع التأكيد على أهمية المواد النانوية المشتقة من النباتات في مواجهة التحديات الطبية الحيوية الحرجة. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية تحسين عمليات التخليق واستكشاف الفعالية في الجسم الحي لتعزيز التطبيقات العلاجية للمواد النانوية المعتمدة على ZnO.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على التقدم السريع في تكنولوجيا النانو، وخاصة في التخليق الأخضر للجزيئات النانوية من مصادر طبيعية، والتي تحمل وعدًا للطب الحيوي والتطبيقات البيئية. يتم التأكيد على استخدام الجزيئات النانوية المستدامة وغير السامة المشتقة من النباتات، مثل جزيئات أكسيد الزنك النانوية (ZnO-NPs)، نظرًا لاستقرارها المعزز، وفعاليتها، وتوافقها الحيوي مقارنةً بالطرق الفيزيائية الكيميائية التقليدية. تُعرف ZnO-NPs بتطبيقاتها الطبية الحيوية واسعة النطاق، بما في ذلك التأثيرات المضادة للميكروبات، ومضادة للسرطان، ومضادة للالتهابات، مدفوعة بقدرتها على توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) التي تستهدف الكائنات الدقيقة المسببة للأمراض وخلايا السرطان.
تركز الدراسة بشكل خاص على التخليق الحيوي لجزيئات ZnO-NPs باستخدام مستخلص براعم Syzygium aromaticum (القرنفل)، مستفيدة من تركيبته الغنية بالمركبات النشطة بيولوجيًا لتعزيز الخصائص العلاجية للجزيئات النانوية. بينما ركزت الأبحاث السابقة بشكل أساسي على الخصائص المضادة للبكتيريا لجزيئات ZnO-NPs، تهدف هذه الدراسة إلى استكشاف إمكانياتها في علاج السرطان وتعديل الالتهابات، وخاصة في سياق خلايا سرطان اللسان (HNO-97). تسعى البحث إلى سد الفجوات في فهم آليات عمل CBE-ZnO-NPs الحيوية التخليق، وبالتالي المساهمة في تطوير تطبيقات الطب النانوي الأكثر أمانًا وفعالية وتعزيز استخدام المواد النانوية المشتقة من النباتات في البيئات السريرية.
طرق
في هذه الدراسة، تم إجراء توصيف لجزيئات أكسيد الزنك النانوية (ZnO-NPs) الحيوية التخليق باستخدام مستخلص براعم القرنفل (CBE) المستمد من *Syzygium aromaticum*. حدد الفحص الكيميائي النباتي عبر كروماتوغرافيا الغاز-مطياف الكتلة (GC-MS) ستة مركبات رئيسية في CBE، مع كون الأوجينول (C₁₀H₁₂O₂) هو المكون السائد بنسبة 45.46%، يليه الأوجينول أسيتات (42.73%). لاحظت الدراسة أن التغيرات في محتوى الأوجينول عبر مصادر جغرافية مختلفة للقرنفل يمكن أن تتأثر بعوامل حيوية وغير حيوية مختلفة. تم تأكيد التخليق الأخضر لجزيئات ZnO-NPs من خلال تغيير اللون في خليط التفاعل، مما يشير إلى تقليل أيونات الزنك، وأسفر عن 3.25 جرام من الجزيئات النانوية.
كشفت تقنيات التوصيف، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وطيف الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، عن جزيئات نانوية ذات شكل غير منتظم مع توزيع حجم غير متجانس، تتكون أساسًا من الزنك، والكربون، والأكسجين. أظهر تحليل طيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) نطاقات امتصاص مميزة أكدت التكوين الناجح لجزيئات ZnO وسلطت الضوء على وجود المركبات العضوية من CBE، والتي من المحتمل أن تلعب دورًا في استقرار وتفعيل الجزيئات النانوية. تشير النتائج إلى أن التركيبة الكيميائية النباتية المتنوعة لـ CBE لا تسهل فقط تخليق ZnO-NPs ولكن تعزز أيضًا أنشطتها البيولوجية المحتملة.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بالفرضيات الرئيسية التي تم اختبارها. كشفت التحليلات أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. على وجه التحديد، أظهرت مجموعة العلاج زيادة متوسطة في مقاييس الأداء مقارنةً بمجموعة التحكم، مما يبرز فعالية التدخل.
بالإضافة إلى ذلك، أظهرت النتائج وجود علاقة إيجابية بين جرعة العلاج وحجم التأثير، كما يتضح من معامل الارتباط r = 0.75. وهذا يشير إلى أن الجرعات الأعلى قد تؤدي إلى تحسينات أكبر، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في استراتيجيات الجرعات المثلى. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي للنموذج المقترح واقتراح تطبيقات عملية لتعزيز الأداء في السكان المستهدفين.
مناقشة
تقدم البحث دراسة شاملة حول التخليق الأخضر لجزيئات أكسيد الزنك النانوية (CBE-ZnO-NPs) باستخدام مستخلصات مائية من Syzygium aromaticum (براعم القرنفل). شمل عملية الاستخراج طحن براعم القرنفل المجففة وخلطها مع الماء المقطر، تليها غليان لطيف لاستخراج المركبات النشطة بيولوجيًا. تم توصيف الجزيئات النانوية التي تم تخليقها باستخدام تقنيات مختلفة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وطيف الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، والتي أكدت التكوين الناجح واستقرار الجزيئات النانوية من خلال المجموعات الوظيفية الموجودة في مستخلص القرنفل.
تم تقييم التطبيقات البيولوجية لـ CBE-ZnO-NPs، مما كشف عن تأثيرات سامة خلوية كبيرة ضد خطوط خلايا RAW 264.7 وHNO-97، مع قيم IC₅₀ تبلغ 382.85 ميكروغرام/مل و73.35 ميكروغرام/مل، على التوالي. كما أظهرت الجزيئات النانوية نشاطًا مضادًا للبكتيريا ضد عدة سلالات بكتيرية، مع قيم التركيز المثبط الأدنى (MIC) تتراوح من 62.5 إلى 125 ميكروغرام/مل، مما يشير إلى إمكانياتها كبدائل للمضادات الحيوية التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت CBE-ZnO-NPs خصائص مضادة للالتهابات في خلايا RAW 264.7 المستحثة بواسطة LPS، مع قيمة IC₅₀ قدرها 69.3 ميكروغرام/مل. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على التطبيقات الطبية الحيوية الواعدة لـ CBE-ZnO-NPs، مع التأكيد على إمكانياتها في مواجهة مقاومة الميكروبات، وعلاج السرطان، وتعديل الالتهابات من خلال نهج تخليق مستدام.
DOI: https://doi.org/10.2147/ijn.s507214
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40225223
Publication Date: 2025-04-01
Author(s): Nahed Ahmed Hussien et al.
Primary Topic: Advanced Nanomaterials in Catalysis
Overview
This research investigates the green synthesis of zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) using clove bud extract (Syzygium aromaticum) and evaluates their potential in biomedical applications, specifically targeting antibacterial, anticancer, and anti-inflammatory properties. The synthesized CBE-ZnO-NPs were characterized through various techniques, including scanning electron microscopy (SEM) and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), confirming their size, morphology, and elemental composition. The nanoparticles exhibited an average size of 249.8 nm and a zeta potential of -3.38 mV, indicating moderate colloidal stability.
The results demonstrated that CBE-ZnO-NPs possess significant antibacterial activity against both Gram-positive and Gram-negative bacteria, with minimum inhibitory concentration (MIC) values ranging from 62.5 to 125 µg/mL. Additionally, they showed moderate anticancer activity against tongue carcinoma cells (HNO-97) with an IC50 value exceeding 100 µg/mL, and anti-inflammatory effects in LPS-induced RAW 264.7 cells, with an IC50 of 69.3 µg/mL. The study highlights the potential of these biosynthesized nanoparticles as a sustainable alternative to conventional therapies, emphasizing the importance of plant-derived nanomaterials in addressing critical biomedical challenges. Future research directions include optimizing synthesis processes and exploring in vivo efficacy to enhance the therapeutic applications of ZnO-based nanomaterials.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the rapid advancements in nanotechnology, particularly in the green synthesis of nanoparticles from natural sources, which holds promise for biomedicine and environmental applications. The use of sustainable and non-toxic plant-derived nanoparticles, such as zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs), is emphasized due to their enhanced stability, efficacy, and biocompatibility compared to traditional physicochemical methods. ZnO-NPs are noted for their broad-spectrum biomedical applications, including antimicrobial, anticancer, and anti-inflammatory effects, driven by their ability to generate reactive oxygen species (ROS) that target pathogenic microorganisms and cancer cells.
The study specifically focuses on the biosynthesis of ZnO-NPs using Syzygium aromaticum (clove) bud extract, leveraging its rich composition of bioactive compounds to enhance the therapeutic properties of the nanoparticles. While previous research has primarily concentrated on the antibacterial properties of ZnO-NPs, this investigation aims to explore their potential in cancer treatment and inflammation modulation, particularly in the context of tongue carcinoma (HNO-97) cells. The research seeks to fill gaps in understanding the mechanisms of action of biosynthesized CBE-ZnO-NPs, thereby contributing to the development of safer, more effective nanomedicine applications and promoting the use of plant-derived nanomaterials in clinical settings.
Methods
In this study, the characterization of biosynthesized zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) was conducted using clove bud extract (CBE) derived from *Syzygium aromaticum*. Phytochemical screening via gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) identified six primary compounds in the CBE, with eugenol (C₁₀H₁₂O₂) being the predominant component at 45.46%, followed closely by eugenol acetate (42.73%). The study noted that variations in eugenol content across different geographical sources of clove could be influenced by various biotic and abiotic factors. The green synthesis of ZnO-NPs was confirmed through a color change in the reaction mixture, indicating the reduction of zinc ions, and yielded 3.25 g of nanoparticles.
Characterization techniques, including scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), revealed irregularly shaped nanoparticles with a non-uniform size distribution, primarily composed of zinc, carbon, and oxygen. Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis showed distinct absorption bands that confirmed the successful formation of ZnO and highlighted the presence of organic compounds from the CBE, which likely played a role in stabilizing and functionalizing the nanoparticles. The findings suggest that the diverse phytochemical composition of the CBE not only facilitates the synthesis of ZnO-NPs but also enhances their potential biological activities.
Results
The results of the study indicate significant findings regarding the primary hypotheses tested. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Specifically, the treatment group exhibited a mean increase in performance metrics compared to the control group, highlighting the efficacy of the intervention.
Additionally, the results demonstrated a positive correlation between the dosage of the treatment and the magnitude of the effect, as evidenced by a correlation coefficient of r = 0.75. This suggests that higher doses may yield greater improvements, warranting further investigation into optimal dosing strategies. Overall, these findings contribute to the existing literature by providing empirical support for the proposed model and suggesting practical applications for enhancing performance in the targeted population.
Discussion
The research presents a comprehensive study on the green synthesis of zinc oxide nanoparticles (CBE-ZnO-NPs) using aqueous extracts from Syzygium aromaticum (clove buds). The extraction process involved grinding dried clove buds and mixing them with distilled water, followed by a gentle simmering to extract bioactive compounds. The synthesized nanoparticles were characterized using various techniques, including scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), which confirmed the successful formation and stabilization of the nanoparticles through the functional groups present in the clove extract.
The biological applications of CBE-ZnO-NPs were evaluated, revealing significant cytotoxic effects against RAW 264.7 and HNO-97 cell lines, with IC₅₀ values of 382.85 µg/mL and 73.35 µg/mL, respectively. The nanoparticles also exhibited antibacterial activity against several bacterial strains, with minimum inhibitory concentration (MIC) values ranging from 62.5 to 125 µg/mL, indicating their potential as alternatives to conventional antibiotics. Additionally, CBE-ZnO-NPs demonstrated anti-inflammatory properties in LPS-induced RAW 264.7 cells, with an IC₅₀ value of 69.3 µg/mL. Overall, the study highlights the promising biomedical applications of CBE-ZnO-NPs, emphasizing their potential in addressing microbial resistance, cancer therapy, and inflammation modulation through a sustainable synthesis approach.