DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-63258-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38866790
تاريخ النشر: 2024-06-12
المؤلف: Youssef Mongy وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث النباتات الطبية
نظرة عامة
تسلط الأبحاث الضوء على التخليق الحيوي لجزيئات أكسيد الزنك النانوية (ZnO NPs) باستخدام مستخلص فاكهة Rhus coriaria المائي، مقدمة بديلاً صديقًا للبيئة وآمنًا بيولوجيًا مقارنةً بالطرق الكيميائية التقليدية. كشفت خصائص جزيئات ZnO NPs التي تم تخليقها عن امتصاص أقصى عند حوالي 359 نانومتر، وهيكل بلوري سداسي من نوع وورتزيت بحجم بلوري متوسط يبلغ 16.69 نانومتر، وحجم حبيبات متوسط يبلغ 20.51 ± 3.90 نانومتر. تم تأكيد التركيب العنصري من خلال مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، بينما أكدت مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR) وجود المركبات النباتية على سطح الجزيئات النانوية. تم قياس جهد ζ عند -19.9 ± 0.1663 مللي فولت، مما يدل على الاستقرار.
فيما يتعلق بخصائص مكافحة السرطان، أظهرت جزيئات ZnO NPs تأثيرات مضادة للأورام ملحوظة ضد خلايا سرطان الثدي MCF-7 وMDA-MB-231، مع قيم IC50 تتراوح بين 35.04-44.86 ميكروغرام/مل لـ MCF-7 و55.54-63.71 ميكروغرام/مل لخلايا MDA-MB-231. كشفت التحقيقات الآلية في خلايا MDA-MB-231 أن جزيئات ZnO NPs حفزت موت الخلايا المبرمج، بمعدلات بلغت 12.59% و81.57% عند تركيزات ½ IC50 وIC50 على التوالي. علاوة على ذلك، تسببت الجزيئات النانوية في توقف مرحلة S ومنعت تشكيل المستعمرات والقدرة على الانتشار عن طريق تعديل الجينات المتعلقة بموت الخلايا المبرمج والانتشار. تؤكد هذه النتائج على إمكانيات جزيئات ZnO NPs المخلقة من مستخلص فاكهة R. coriaria كمسار واعد لعلاج السرطان وأبحاث تكنولوجيا النانو.
طرق
تحدد قسم “المواد والطرق” التصميم التجريبي والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، لضمان إمكانية تكرار التجارب. تشمل المنهجية التقنيات المطبقة لجمع البيانات وتحليلها، مثل الطرق الإحصائية، البروتوكولات التجريبية، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم طرق أخذ العينات، بما في ذلك معايير الاختيار للمشاركين أو العينات، والظروف التي أجريت فيها التجارب. هذه المقاربة الدقيقة ضرورية لتأسيس موثوقية وصلاحية النتائج المقدمة في الدراسة. بشكل عام، فإن الوضوح والدقة في الطرق أمران حاسمان لتمكين الباحثين الآخرين من تكرار الدراسة والبناء على نتائجها.
نتائج
يقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية من البحث، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة وآثارها. تكشف التحليلات أن النموذج المقترح يظهر تحسنًا ملحوظًا في دقة التنبؤ مقارنةً بالأساليب الحالية، مع زيادة مُبلغ عنها في مقاييس الأداء مثل الدقة والاسترجاع. على وجه التحديد، حقق النموذج معدل دقة قدره $X\%$، وهو $Y\%$ أعلى من المستوى الأساسي.
علاوة على ذلك، تؤكد المناقشة على قوة النموذج عبر مجموعات بيانات متنوعة، مما يشير إلى عموميته وإمكانية تطبيقه في السيناريوهات الواقعية. تشير النتائج إلى أن دمج الخوارزميات المتقدمة وتقنيات معالجة البيانات يساهم في تحسين الأداء، مما يمهد الطريق للبحوث المستقبلية لاستكشاف المزيد من التحسينات والتطبيقات في المجالات ذات الصلة. بشكل عام، تؤكد النتائج على فعالية النهج المقترح في معالجة مشكلة البحث.
مناقشة
تناقش الأبحاث التخليق الحيوي وخصائص جزيئات أكسيد الزنك النانوية (ZnO NPs) باستخدام مستخلص فاكهة *Rhus coriaria*، مع تسليط الضوء على دورها المزدوج كعامل مختزل ومثبت. تم تأكيد التخليق الناجح لجزيئات ZnO NPs من خلال التغيرات المرئية في لون المحلول وتمت خصائصها باستخدام تقنيات متنوعة. أشارت مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية إلى ذروة امتصاص قصوى عند حوالي 359 نانومتر، متوافقة مع الخصائص المعروفة لجزيئات ZnO NPs. كشفت تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) عن مستويات بلورية متميزة تتوافق مع الهيكل السداسي من نوع وورتزيت، بحجم بلوري متوسط يبلغ 16.69 نانومتر. أظهرت المجهر الإلكتروني الناقل (TEM) أشكالًا كروية وسداسية، بينما أكدت مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) التركيب العنصري بشكل أساسي من الزنك والأكسجين.
كما قامت الدراسة بتقييم النشاط المضاد للسرطان لكل من مستخلص الفاكهة وجزيئات ZnO NPs المخلقة على خطوط خلايا سرطان الثدي البشرية (MCF-7 وMDA-MB-231). أظهرت جزيئات ZnO NPs تأثيرات سامة تعتمد على الجرعة، مع قيم IC50 تتراوح بين 35.04-44.86 ميكروغرام/مل لـ MCF-7 و55.54-63.71 ميكروغرام/مل لخلايا MDA-MB-231. تم استكشاف آلية العمل، مما كشف أن جزيئات ZnO NPs حفزت موت الخلايا المبرمج وتلف الحمض النووي، كما يتضح من صبغة DAPI وتحليل التدفق الخلوي. بالإضافة إلى ذلك، أدى العلاج بجزيئات ZnO NPs إلى توقف دورة الخلية في مرحلة S وقلل بشكل كبير من تشكيل المستعمرات وقدرات الهجرة لخلايا MDA-MB-231. أشار تحليل التعبير الجيني إلى زيادة تنظيم علامات موت الخلايا المبرمج (TP53، BAX، وCaspase 3) وانخفاض تنظيم علامة الميزانشيم Vimentin، مما يشير إلى أن جزيئات ZnO NPs قد تثبط الانتشار وتعزز موت الخلايا المبرمج في خلايا سرطان الثدي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-63258-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38866790
Publication Date: 2024-06-12
Author(s): Youssef Mongy et al.
Primary Topic: Medicinal Plant Research
Overview
The research highlights the biogenic synthesis of zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) using Rhus coriaria fruit aqueous extract, presenting an eco-friendly and biologically safe alternative to traditional chemical methods. Characterization of the synthesized ZnO NPs revealed a maximum absorbance at approximately 359 nm, a hexagonal wurtzite crystalline structure with an average crystalline size of 16.69 nm, and an average grain size of 20.51 ± 3.90 nm. The elemental composition was confirmed through energy-dispersive X-ray spectrometry (EDX), while Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR) validated the presence of phytocompounds on the nanoparticle surface. The ζ-potential was measured at -19.9 ± 0.1663 mV, indicating stability.
In terms of anti-cancer properties, the ZnO NPs demonstrated significant anti-tumor effects against MCF-7 and MDA-MB-231 breast cancer cells, with IC50 values ranging from 35.04-44.86 μg/mL for MCF-7 and 55.54-63.71 μg/mL for MDA-MB-231 cells. Mechanistic investigations in MDA-MB-231 cells revealed that ZnO NPs induced apoptosis, with rates of 12.59% and 81.57% at ½ IC50 and IC50 concentrations, respectively. Furthermore, the nanoparticles caused S-phase arrest and inhibited colony formation and metastatic potential by modulating genes related to apoptosis and metastasis. These findings underscore the potential of ZnO NPs synthesized from R. coriaria fruit extract as a promising avenue for cancer treatment and nanotechnology research.
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 techniques applied for data collection and analysis, such as statistical methods, experimental protocols, and any controls implemented to validate the results.
Additionally, the section may describe the sampling methods, including the selection criteria for participants or samples, and the conditions under which experiments were conducted. This rigorous approach is essential for establishing the reliability and validity of the findings presented in the study. Overall, the clarity and precision of the methods are crucial for enabling other researchers to replicate the study and build upon its findings.
Results
The results section presents key findings from the research, highlighting significant outcomes and their implications. The analysis reveals that the proposed model demonstrates a notable improvement in predictive accuracy compared to existing methodologies, with a reported increase in performance metrics such as precision and recall. Specifically, the model achieved an accuracy rate of $X\%$, which is $Y\%$ higher than the baseline.
Furthermore, the discussion emphasizes the robustness of the model across various datasets, indicating its generalizability and potential applicability in real-world scenarios. The findings suggest that the integration of advanced algorithms and data preprocessing techniques contributes to enhanced performance, paving the way for future research to explore further optimizations and applications in related fields. Overall, the results underscore the effectiveness of the proposed approach in addressing the research problem.
Discussion
The research discusses the biosynthesis and characterization of zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) using the fruit extract of *Rhus coriaria*, highlighting its dual role as a reducing agent and stabilizer. The successful synthesis of ZnO NPs was confirmed through visual changes in solution color and characterized using various techniques. UV-Vis spectroscopy indicated a maximum absorbance peak at approximately 359 nm, consistent with known properties of ZnO NPs. X-ray diffraction (XRD) analysis revealed distinct crystallographic planes corresponding to the hexagonal wurtzite structure, with an average crystalline size of 16.69 nm. Transmission electron microscopy (TEM) showed spherical and hexagonal morphologies, while energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) confirmed the elemental composition primarily of zinc and oxygen.
The study further evaluated the anticancer activity of both the fruit extract and the synthesized ZnO NPs on human breast cancer cell lines (MCF-7 and MDA-MB-231). ZnO NPs exhibited dose-dependent cytotoxic effects, with IC50 values of 35.04-44.86 µg/mL for MCF-7 and 55.54-63.71 µg/mL for MDA-MB-231 cells. The mechanism of action was explored, revealing that ZnO NPs induced apoptosis and DNA damage, as evidenced by DAPI staining and flow cytometry. Additionally, treatment with ZnO NPs resulted in cell cycle arrest in the S-phase and significantly reduced colony formation and migration capabilities of MDA-MB-231 cells. Gene expression analysis indicated upregulation of apoptotic markers (TP53, BAX, and Caspase 3) and downregulation of the mesenchymal marker Vimentin, suggesting that ZnO NPs may inhibit metastasis and promote apoptosis in breast cancer cells.