DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1324805
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38264582
تاريخ النشر: 2024-01-09
المؤلف: Rajan Dhir وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجسيمات النانوية: التركيب والتطبيقات
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة عامة على الزيادة الملحوظة للجزيئات النانوية، وخاصة جزيئات الفضة النانوية (AgNPs)، في التطبيقات الطبية الحيوية بسبب حجمها الفريد وقدرتها على تغيير الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. تتراوح من 10 إلى 100 نانومتر، يمكن تصنيع هذه الجزيئات النانوية من خلال طرق متنوعة، حيث برزت طريقة التصنيع باستخدام النباتات كنهج مستدام وفعال من حيث التكلفة. لا تسرع هذه الطريقة عملية التصنيع فحسب، بل تعزز أيضًا القدرات الطبية لجزيئات الفضة النانوية، التي تظهر مجموعة من الخصائص المفيدة بما في ذلك الأنشطة المضادة للميكروبات، السمية الخلوية، شفاء الجروح، والأنشطة المضادة للأكسدة.
تؤكد الخاتمة على الحاجة إلى مزيد من البحث لسد الفجوة بين الإمكانات العلاجية لجزيئات الفضة النانوية المستخلصة من النباتات وتطبيقاتها العملية في الرعاية الصحية. بينما تسلط المراجعة الضوء على المزايا البيئية وسهولة الإنتاج المرتبطة بالتخليق البيولوجي، فإنها تدعو أيضًا إلى تحديد جزيئات حيوية أكثر فعالية لتقليل أيونات الفضة وتطوير جزيئات فضة نانوية مستقرة للاستخدام التجاري. قد يؤدي ذلك إلى تقدم كبير في صحة الإنسان والطب، كما يتضح من التأثيرات المتنوعة لجزيئات الفضة النانوية على أنواع الخلايا البشرية المختلفة، والتي تم تلخيصها في جدول يوضح حجمها وشكلها والإجراءات البيولوجية المقابلة.
مقدمة
في المقدمة، يتم تتبع تطور تكنولوجيا النانو من أفكار ريتشارد فاينمان الأساسية في عام 1959 إلى صياغة نوريو تانيغوتشي لمصطلح “تكنولوجيا النانو” في عام 1960، culminating in the 1981 invention of the scanning tunneling microscope, which enabled atomic-scale manipulation. لقد توسع هذا المجال منذ ذلك الحين إلى قطاعات متنوعة، لا سيما الرعاية الصحية، حيث أدى إلى ظهور النانوطب، الذي يتميز بتطوير مواد نانوية جديدة وعلاجات، وخاصة الجزيئات النانوية (1-100 نانومتر) بأشكال وخصائص متنوعة تعزز من تفاعليتها ووظيفتها.
من بين هذه الجزيئات، جذبت جزيئات الفضة النانوية (AgNPs) اهتمامًا كبيرًا بسبب خصائصها المضادة للبكتيريا وإمكاناتها في شفاء الجروح، والعلاجات الشبكية، وعلاجات السرطان. تسلط المقدمة الضوء على أهمية الحجم والشكل والهيكل في تحديد التفاعلات البيولوجية وفعالية جزيئات الفضة النانوية، مع دراسات تشير إلى أن هذه الخصائص تؤثر على النشاط المضاد للميكروبات ضد مسببات الأمراض المختلفة. بالإضافة إلى ذلك، تناقش هذه القسم الاتجاه المتزايد نحو الكيمياء الخضراء في تخليق الجزيئات النانوية، مع التأكيد على الطرق الصديقة للبيئة التي تستخدم المواد البيولوجية للإنتاج. يهدف المقال إلى تلخيص عمليات الإنتاج، والتوصيف، والتطبيقات العلاجية لجزيئات الفضة النانوية، مع التأكيد على إمكاناتها التحويلية عبر مجالات علمية متعددة.
مناقشة
يمكن تحقيق تخليق جزيئات الفضة النانوية (AgNPs) من خلال طرق متنوعة، تصنف أساسًا إلى طرق من الأعلى إلى الأسفل ومن الأسفل إلى الأعلى. تتضمن الطريقة من الأعلى إلى الأسفل تقليل المواد الضخمة إلى كيانات نانوية، مما يؤدي غالبًا إلى عيوب هيكلية يمكن أن تغير خصائص الجزيئات النانوية. في المقابل، تبني الطريقة من الأسفل إلى الأعلى الجزيئات النانوية من سوابق ذرية أو جزيئية، عادةً في نظام متجانس، باستخدام المحفزات للتخليق. لقد أبرزت الاتجاهات الحديثة الطرق البيولوجية، وخاصة استخدام مستخلصات النباتات، كبديل واعد بسبب فعاليتها من حيث التكلفة، وصداقة البيئة، وقدرتها على إنتاج جزيئات نانوية بخصائص مرغوبة. تعمل مكونات النباتات كعوامل تقليل، وتغطية، وتثبيت، مما يسهل التخليق مع تقليل المنتجات الثانوية الضارة.
يعد توصيف جزيئات الفضة النانوية أمرًا حيويًا لفهم خصائصها الوظيفية ويشمل تقنيات مثل مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، حيود الأشعة السينية، مطيافية تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FTIR)، والمجهر الإلكتروني. توفر هذه الطرق رؤى حول شكل الجزيئات النانوية، وكيمياء السطح، والتركيب العنصري، والتي تعتبر أساسية لتطبيقها في مجالات متنوعة، لا سيما في الطب. تظهر جزيئات الفضة النانوية أنشطة مضادة للميكروبات، ومضادة للفطريات، ومضادة للأغشية الحيوية، مما يجعلها قيمة في مكافحة العدوى ومعالجة مقاومة المضادات الحيوية. بالإضافة إلى ذلك، تم توثيق خصائصها السامة للخلايا ضد خلايا السرطان، مما يشير إلى إمكانات تطبيقات علاجية في علم الأورام. بشكل عام، تؤكد الخصائص الطبية المتعددة لجزيئات الفضة النانوية على أهميتها في تقدم تكنولوجيا النانو والصيدلة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1324805
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38264582
Publication Date: 2024-01-09
Author(s): Rajan Dhir et al.
Primary Topic: Nanoparticles: synthesis and applications
Overview
The section provides an overview of the increasing prominence of nanoparticles, particularly silver nanoparticles (AgNPs), in biomedical applications due to their unique size and ability to alter physical, chemical, and biological properties. Ranging from 10 to 100 nm, these nanoparticles can be synthesized through various methods, with plant-mediated synthesis emerging as a sustainable and cost-effective approach. This method not only expedites the synthesis process but also enhances the medicinal capabilities of AgNPs, which exhibit a range of beneficial properties including antimicrobial, cytotoxic, wound healing, and antioxidant activities.
The conclusion emphasizes the need for further research to bridge the gap between the therapeutic potential of plant-derived AgNPs and their practical applications in healthcare. While the review highlights the environmental advantages and ease of production associated with biological synthesis, it also calls for the identification of more effective biomolecules for silver ion reduction and the development of stable AgNPs for commercial use. This could lead to significant advancements in human health and medicine, as evidenced by the diverse effects of AgNPs on various human cell types, which are summarized in a table detailing their size, shape, and corresponding biological actions.
Introduction
In the introduction, the evolution of nanotechnology is traced from Richard Feynman’s foundational ideas in 1959 to Norio Taniguchi’s 1960 coining of the term “nanotechnology,” culminating in the 1981 invention of the scanning tunneling microscope, which enabled atomic-scale manipulation. This field has since expanded into various sectors, notably healthcare, where it has given rise to nanomedicine, characterized by the development of novel nanomaterials and therapeutics, particularly nanoparticles (1-100 nm) with diverse shapes and properties that enhance their reactivity and functionality.
Among these, silver nanoparticles (AgNPs) have garnered significant attention due to their antibacterial properties and potential applications in wound healing, retinal therapies, and anticancer treatments. The introduction highlights the importance of size, shape, and morphology in determining the biological interactions and efficacy of AgNPs, with studies indicating that these characteristics influence antimicrobial activity against various pathogens. Additionally, the section discusses the growing trend towards green chemistry in the synthesis of nanoparticles, emphasizing environmentally friendly methods that utilize biological materials for production. The article aims to summarize the production processes, characterization, and therapeutic applications of AgNPs, underscoring their transformative potential across multiple scientific domains.
Discussion
The synthesis of silver nanoparticles (AgNPs) can be achieved through various methods, primarily categorized into top-down and bottom-up approaches. The top-down method involves reducing bulk materials to nanoscale entities, often leading to structural defects that can alter the nanoparticles’ properties. In contrast, the bottom-up approach builds nanoparticles from atomic or molecular precursors, typically in a homogeneous system, utilizing catalysts for synthesis. Recent trends have highlighted biological methods, particularly using plant extracts, as a promising alternative due to their cost-effectiveness, environmental friendliness, and ability to produce nanoparticles with desirable properties. Plant constituents serve as reducing, capping, and stabilizing agents, facilitating the synthesis while minimizing harmful by-products.
Characterization of AgNPs is crucial for understanding their functional properties and includes techniques such as UV-Vis spectroscopy, X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and electron microscopy. These methods provide insights into the nanoparticles’ morphology, surface chemistry, and elemental composition, which are essential for their application in various fields, particularly in medicine. AgNPs exhibit significant antimicrobial, antifungal, and anti-biofilm activities, making them valuable in combating infections and addressing antibiotic resistance. Additionally, their cytotoxic properties against cancer cells have been documented, indicating potential therapeutic applications in oncology. Overall, the multifaceted medicinal properties of AgNPs underscore their importance in advancing nanotechnology and pharmaceuticals.