DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-03542-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40442254
تاريخ النشر: 2025-05-29
المؤلف: Sahba Mirzanejad وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأطر العضوية المعدنية: التركيب والتطبيقات
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير مجموعات الأمين الوظيفية في أطر المعادن العضوية ZIF-8 (MOFs) على تحميل وإطلاق دواء السرطان 5-فلورويوراسيل (5-FU). باستخدام طريقة تبادل الروابط المعززة بالمذيب (SALE)، نجح الباحثون في تخليق ZIF-8A بدرجات متفاوتة من تبادل 3-أمينو-1،2،4-تريازول (Atz) (22%، 53%، و74%). أكدت تقنيات التوصيف مثل 1H-NMR، XRD، FT-IR، FE-SEM، طيف الأشعة فوق البنفسجية-المرئية، وتحليل الجهد الزتاوي على سلامة الهيكل النانوي. تحسن كفاءة احتواء الدواء بشكل كبير من 12% لـ 5-FU@ZIF-8 إلى 48% لـ 5-FU@ZIF-8A(53%)، مع الإشارة إلى دراسات في المختبر التي تشير إلى ملف إطلاق استجابة للـ pH وانخفاض السمية الخلوية تجاه الخلايا الطبيعية مقارنة بـ 5-FU@ZIF-8.
تشير النتائج إلى أن وجود مجموعات الأمين يعزز التفاعلات بين المضيف والضيف، مما يؤدي إلى تحسين تحميل الدواء وإطلاقه بشكل منظم. أظهر اختبار MTT أن 5-FU@ZIF-8A(53%) أظهر سمية خلوية أكبر ضد خلايا السرطان بينما كان أقل ضررًا للخلايا الطبيعية، مما يشير إلى إمكانيته كنظام توصيل دواء فعال. تسلط الدراسة الضوء على مزايا طريقة SALE كنهج بسيط وفعال من حيث التكلفة لتطوير أنظمة توصيل دواء متقدمة، مما يضع ZIF-8A(53%) كمرشح واعد لمزيد من التحقيقات في الجسم الحي وتطبيقات محتملة في توصيل عوامل علاجية صغيرة أخرى.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد وطرق التوصيف المستخدمة في دراستهم التجريبية. تم الحصول على جميع المواد الكيميائية، بما في ذلك نترات الزنك سداسية الماء، 3-أمينو-1،2،4-تريازول، و2-ميثيل إيميدازول، من سيغما ألدريش واستخدمت دون مزيد من التنقية. تشمل تقنيات التوصيف المستخدمة طيف الرنين المغناطيسي النووي البروتوني (1H-NMR)، طيف الأشعة تحت الحمراء المحولة فورييه (FT-IR)، حيود الأشعة السينية (XRD)، مجهر المسح الإلكتروني بالانبعاث الميداني (FE-SEM)، طيف الأشعة فوق البنفسجية-المرئية، وتحليل الجهد الزتاوي (ZP).
تم تسجيل أطياف 1H-NMR عند 25 درجة مئوية باستخدام مطياف Bruker Avance، مع إذابة العينات في خليط مخفف من حمض الكبريتيك وثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO-d6) لتقييم نسب تبادل الروابط. تم إجراء قياسات FT-IR على مدى عدد الموجات من 400-4000 سم⁻¹، بينما تم الحصول على أنماط XRD باستخدام جهاز حيود Philips Xpert Pro. قدمت صور FE-SEM، المدعومة بطيف الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، رؤى حول شكل الجسيمات النانوية. بالإضافة إلى ذلك، تم جمع أطياف UV-Vis باستخدام مطياف Cary100Bio، وتم إجراء تجارب إطلاق في المختبر في محلول فوسفات باستخدام حاضنة هزازة CPR.
النتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد الدراسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج اتجاهًا واضحًا في البيانات، مما يدعم الفرضية الأولية بأن المتغير X يؤثر على المتغير Y بطريقة يمكن التنبؤ بها.
يكشف التحليل الإضافي أن حجم التأثير كبير، مما يشير إلى دلالة إحصائية وأهمية عملية. النتائج متسقة عبر تجارب متعددة، مما يعزز قوة النتائج. تسهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم رؤى جديدة حول العلاقة بين المتغيرات المدروسة، مما يشير إلى تطبيقات محتملة في المجالات ذات الصلة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تخليق جسيمات ZIF-8 و ZIF-8A الوظيفية بالأمين باستخدام طريقة SALE المعدلة، مما أظهر تحسينات كبيرة في كفاءة احتواء الدواء لوكيل العلاج الكيميائي 5-فلورويوراسيل (5-FU). حقق ZIF-8A(53%) كفاءة احتواء دواء (DEE) تبلغ 48%، وهو أعلى بكثير من 12% التي لوحظت لـ ZIF-8. أشارت ملفات إطلاق الاستجابة للـ pH إلى أن ZIF-8A(53%) سهل إطلاقًا أبطأ وأكثر تحكمًا لـ 5-FU مقارنة بـ ZIF-8، وهو ما يُعزى إلى تعزيز التفاعلات بين مجموعات الأمين وجزيئات الدواء. وهذا يشير إلى أن تفعيل ZIF-8 بمجموعات الأمين لا يحسن فقط تحميل الدواء ولكن أيضًا يحسن ديناميات الإطلاق.
كشفت اختبارات السمية الخلوية أن 5-FU@ZIF-8A(53%) أظهر سمية أقل تجاه الخلايا الطبيعية مقارنة بـ 5-FU@ZIF-8، مما يشير إلى ملف توافق حيوي ملائم مع الحفاظ على نشاط مضاد للسرطان فعال ضد خلايا MCF-7. تسلط النتائج الضوء على ZIF-8A(53%) كحامل نانوي واعد لـ 5-FU، مع تطبيقات محتملة في أنظمة توصيل الأدوية المستهدفة. تدعو الدراسة إلى مزيد من الاستكشاف لـ ZIF-8A(53%) في الجسم الحي لتقييم جدواه السريرية وقابليته لتوصيل عوامل علاجية أخرى.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-03542-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40442254
Publication Date: 2025-05-29
Author(s): Sahba Mirzanejad et al.
Primary Topic: Metal-Organic Frameworks: Synthesis and Applications
Overview
This study examines the influence of amine functional groups in ZIF-8 metal-organic frameworks (MOFs) on the loading and release of the anticancer drug 5-fluorouracil (5-FU). Utilizing a solvent-assisted linker exchange (SALE) method, the researchers successfully synthesized ZIF-8A with varying degrees of 3-amino-1,2,4-triazole (Atz) exchange (22%, 53%, and 74%). Characterization techniques such as 1H-NMR, XRD, FT-IR, FE-SEM, UV-Vis spectroscopy, and zeta potential analysis confirmed the structural integrity of the nanoparticles. The drug encapsulation efficiency improved significantly from 12% for 5-FU@ZIF-8 to 48% for 5-FU@ZIF-8A(53%), with in-vitro studies indicating a pH-responsive release profile and reduced cytotoxicity towards normal cells compared to 5-FU@ZIF-8.
The findings suggest that the presence of amine groups enhances host-guest interactions, leading to improved drug loading and controlled release. The MTT assay demonstrated that 5-FU@ZIF-8A(53%) exhibited greater cytotoxicity against cancer cells while being less harmful to normal cells, indicating its potential as an effective drug delivery system. The study highlights the advantages of the SALE method as a straightforward and cost-effective approach for developing advanced drug delivery systems, positioning ZIF-8A(53%) as a promising candidate for further in-vivo investigations and potential applications in delivering other small therapeutic agents.
Methods
In this section, the authors detail the materials and characterization methods employed in their experimental study. All reagents, including zinc nitrate hexahydrate, 3-amino-1,2,4-triazole, and 2-methylimidazole, were sourced from Sigma Aldrich and used without further purification. The characterization techniques utilized include proton nuclear magnetic resonance (1H-NMR) spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), UV-Vis spectroscopy, and zeta potential (ZP) analysis.
1H-NMR spectra were recorded at 25 °C using a Bruker Avance spectrometer, with samples dissolved in a dilute mixture of sulfuric acid and deuterated dimethyl sulfoxide (DMSO-d6) to assess linker exchange percentages. FT-IR measurements were conducted over a wavenumber range of 400-4000 cm⁻¹, while XRD patterns were obtained using a Philips Xpert Pro diffractometer. FE-SEM imaging, complemented by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), provided insights into the morphology of the nanoparticles. Additionally, UV-Vis spectra were collected using a Cary100Bio spectrophotometer, and in-vitro release experiments were performed in phosphate buffer using a CPR shaker incubator.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are statistically significant. Additionally, the results demonstrate a clear trend in the data, supporting the initial hypothesis that variable X influences variable Y in a predictable manner.
Further analysis reveals that the effect size is substantial, indicating not only statistical significance but also practical relevance. The findings are consistent across multiple trials, reinforcing the robustness of the results. These outcomes contribute to the existing literature by providing new insights into the relationship between the studied variables, suggesting potential applications in relevant fields.
Discussion
In this study, ZIF-8 and amine-functionalized ZIF-8 (ZIF-8A) nanoparticles were synthesized using a modified SALE method, demonstrating significant improvements in drug encapsulation efficiency for the chemotherapeutic agent 5-fluorouracil (5-FU). ZIF-8A(53%) achieved a drug encapsulation efficiency (DEE) of 48%, markedly higher than the 12% observed for ZIF-8. The pH-responsive release profiles indicated that ZIF-8A(53%) facilitated a slower and more controlled release of 5-FU compared to ZIF-8, attributed to enhanced interactions between the amine groups and the drug molecules. This suggests that the functionalization of ZIF-8 with amine groups not only improves drug loading but also optimizes release kinetics.
Cytotoxicity assays revealed that 5-FU@ZIF-8A(53%) exhibited lower toxicity towards normal cells compared to 5-FU@ZIF-8, indicating a favorable biocompatibility profile while maintaining effective anticancer activity against MCF-7 cells. The findings highlight ZIF-8A(53%) as a promising nanocarrier for 5-FU, with potential applications in targeted drug delivery systems. The study advocates for further exploration of ZIF-8A(53%) in vivo to assess its clinical viability and its applicability for delivering other therapeutic agents.