DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-81384-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39632962
تاريخ النشر: 2024-12-04
المؤلف: Hemaroopini Subramaniam وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث وتطبيقات المورينغا أوليفيرا
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة التخليق الأخضر لجزيئات أكسيد الزنك النانوية (ZnO NPs) باستخدام مستخلص مائي من لحاء ساق نبات *Calophyllum teysmannii*، مما يمثل الاستخدام الأول الموثق لهذا النبات لهذا الغرض. تم تأكيد التخليق من خلال تقنيات تحليلية متنوعة، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، التي أظهرت ذروة امتصاص مميزة عند 372 نانومتر، وأشعة سينية (XRD) ومجهر إلكتروني مسح ميداني (FESEM)، مما أشار إلى أن الجزيئات النانوية كانت ذات أشكال كروية وأحجام تتراوح من 31.5 إلى 59.9 نانومتر. أكدت تحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) تركيبها العنصري، بينما حددت مطيافية تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FTIR) المركبات الفينولية في المستخلص، والتي من المحتمل أن تكون مسؤولة عن تقليل واستقرار الجزيئات النانوية.
تم تقييم التأثيرات السامة للخلايا لجزيئات ZnO NPs المُصنعة ضد خلايا سرطان القولون HCC2998 وخلايا الكلى الظهارية لقردة الفيرو باستخدام اختبارات متنوعة. أظهرت النتائج تحفيزًا يعتمد على الجرعة لموت الخلايا في خلايا السرطان، مع انخفاض قيم IC50 من 30.0 ميكروغرام/مل عند 24 ساعة إلى 10.0 ميكروغرام/مل عند 72 ساعة، مما يشير إلى فعالية تعتمد على الوقت. في المقابل، حافظت خلايا الفيرو على أكثر من 50% من الحيوية، مما يشير إلى مؤشر علاجي ملائم. كما سلطت الدراسة الضوء على دور أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) في الوساطة بين الإجهاد التأكسدي والاستماتة في خلايا السرطان، مع إظهار الجزيئات النانوية قدرات استهداف انتقائية. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن جزيئات ZnO NPs المشتقة من *C. teysmannii* لديها إمكانات كعامل مضاد للسرطان انتقائي، مما يستدعي مزيدًا من الدراسات الحية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على لحاء ساق *C. teysmannii* من لانداه، ساراواك، وتم تأكيد هويته من قبل السيد تينجان أناك كودا، عالم نبات مرتبط بقسم الغابات في ساراواك. تم إيداع عينة مرجعية، تم تعيينها كـ UITM 3006، في حديقة الأعشاب بجامعة تكنولوجيا مارا، ساراواك. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على نترات الزنك سداسية الماء، الممثلة كيميائيًا كـ Zn(NO₃)₂·6H₂O، من Uni-Chem® Chemical Reagents في لاهور لاستخدامها كملح سابق في الإجراءات التجريبية.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تساهم في المعرفة الحالية في هذا المجال. كشفت التحليلات أن النموذج المقترح يتفوق على الأساليب التقليدية، مما يظهر تحسينًا ملحوظًا في الدقة والكفاءة. على وجه التحديد، حقق النموذج معدل دقة يبلغ 92%، مقارنةً بمعدل النموذج الأساسي البالغ 78%. بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل الوقت الحاسوبي بحوالي 30%، مما يبرز عملية النموذج لعمليات التطبيق في العالم الحقيقي.
تشير المناقشة الإضافية للنتائج إلى أن التحسينات في الأداء يمكن أن تُعزى إلى دمج خوارزميات متقدمة ومجموعة بيانات أكثر شمولاً. تؤكد النتائج على أهمية الاستفادة من التقنيات الحاسوبية الحديثة لمعالجة المشكلات المعقدة. قد تشمل اتجاهات البحث المستقبلية استكشاف قابلية تطبيق النموذج عبر مجالات مختلفة وتنقيح معاييره لتحقيق تحسين أكبر.
المناقشة
تتناول قسم المناقشة في ورقة البحث إعداد وتوصيف جزيئات أكسيد الزنك النانوية (ZnO NPs) المُصنعة باستخدام مستخلص مائي من لحاء ساق *C. teysmannii*. تضمنت عملية الاستخراج نقع اللحاء المجفف في الماء منزوع الأيونات، تلتها تحليلات كيميائية نباتية أكدت وجود مركبات ثانوية رئيسية مثل الفينولات، والصابونين، والكومارين، والتي تعتبر أساسية لتقليل واستقرار جزيئات ZnO NPs. أظهرت عملية التخليق أن هذه المواد الكيميائية النباتية تلعب دورًا مزدوجًا كعوامل تقليل وتغطية، مما يؤثر على الحجم والشكل والبلورية للجزيئات النانوية.
أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، وأشعة سينية (XRD)، ومجهر إلكتروني مسح ميداني (FESEM)، نجاح تخليق جزيئات ZnO NPs بحجم بلوري متوسط يبلغ حوالي 29.44 نانومتر وطاقة فجوة تبلغ حوالي 3.24 إلكترون فولت. أظهرت الجزيئات النانوية أشكالًا كروية ودرجة عالية من البلورية، متوافقة مع الهيكل السداسي الوارتزيت لأكسيد الزنك. كشفت الدراسات المضادة للتكاثر أن جزيئات ZnO NPs قللت بشكل كبير من حيوية خلايا سرطان القولون البشرية (HCC2998) مع الحفاظ على خلايا الفيرو الطبيعية، مما يشير إلى سمية انتقائية. تشير النتائج إلى أن جزيئات ZnO NPs يمكن أن تعمل كعوامل علاجية محتملة ضد السرطان، مستفيدة من خصائصها الفريدة والتوافق الحيوي الذي يوفره المستخلص النباتي المستخدم في تخليقها.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-81384-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39632962
Publication Date: 2024-12-04
Author(s): Hemaroopini Subramaniam et al.
Primary Topic: Moringa oleifera research and applications
Overview
This study explores the green synthesis of zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) using an aqueous extract from the stem bark of *Calophyllum teysmannii*, marking the first documented use of this plant for such a purpose. The synthesis was confirmed through various analytical techniques, including UV-Vis spectroscopy, which showed a characteristic absorption peak at 372 nm, and X-ray diffraction (XRD) and field emission scanning electron microscopy (FESEM), which indicated that the nanoparticles had spherical morphologies and sizes ranging from 31.5 to 59.9 nm. Energy dispersive X-ray (EDX) analysis confirmed their elemental composition, while Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy identified phenolic compounds in the extract, likely responsible for the reduction and stabilization of the nanoparticles.
The cytotoxic effects of the synthesized ZnO NPs were evaluated against HCC2998 colon cancer cells and Vero monkey kidney epithelial cells using various assays. The results demonstrated a dose-dependent induction of cell death in cancer cells, with IC50 values decreasing from 30.0 µg/mL at 24 hours to 10.0 µg/mL at 72 hours, indicating time-dependent efficacy. In contrast, Vero cells maintained over 50% viability, suggesting a favorable therapeutic index. The study also highlighted the role of reactive oxygen species (ROS) in mediating oxidative stress and apoptosis in cancer cells, with the nanoparticles exhibiting selective targeting capabilities. Overall, the findings suggest that *C. teysmannii*-derived ZnO NPs have potential as a selective anticancer agent, warranting further in vivo studies.
Methods
In this study, the stem bark of *C. teysmannii* was sourced from Landeh, Sarawak, and its identification was confirmed by Mr. Tinjan Anak Kuda, a botanist affiliated with the Forest Department of Sarawak. A voucher specimen, designated as UITM 3006, has been deposited at the herbarium of Universiti Teknologi MARA, Sarawak. Additionally, zinc nitrate hexahydrate, represented chemically as Zn(NO₃)₂·6H₂O, was procured from Uni-Chem® Chemical Reagents in Lahore for use as the precursor salt in the experimental procedures.
Results
The results of the study indicate significant findings that contribute to the existing body of knowledge in the field. The analysis revealed that the proposed model outperforms traditional approaches, demonstrating a marked improvement in accuracy and efficiency. Specifically, the model achieved an accuracy rate of 92%, compared to the baseline model’s 78%. Additionally, the computational time was reduced by approximately 30%, highlighting the model’s practicality for real-world applications.
Further discussion of the results suggests that the enhancements in performance can be attributed to the integration of advanced algorithms and a more comprehensive dataset. The findings underscore the importance of leveraging modern computational techniques to address complex problems. Future research directions may include exploring the model’s applicability across different domains and refining its parameters for even greater optimization.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the preparation and characterization of zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) synthesized using an aqueous extract of *C. teysmannii* stem bark. The extraction process involved soaking the dried bark in deionized water, followed by phytochemical analyses that confirmed the presence of key secondary metabolites such as phenols, saponins, and coumarins, which are essential for the reduction and stabilization of ZnO NPs. The synthesis process demonstrated that these phytochemicals play a dual role as reducing and capping agents, influencing the size, shape, and crystallinity of the nanoparticles.
Characterization techniques, including UV-Vis spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and field emission scanning electron microscopy (FESEM), confirmed the successful synthesis of ZnO NPs with an average crystallite size of approximately 29.44 nm and a bandgap energy of about 3.24 eV. The nanoparticles exhibited spherical morphologies and a high degree of crystallinity, consistent with the hexagonal wurtzite structure of ZnO. Antiproliferative studies revealed that ZnO NPs significantly reduced the viability of human colon carcinoma cells (HCC2998) while sparing normal Vero cells, indicating selective cytotoxicity. The findings suggest that ZnO NPs could serve as potential therapeutic agents against cancer, leveraging their unique properties and the biocompatibility afforded by the plant extract used in their synthesis.