DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-73610-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39762317
تاريخ النشر: 2025-01-06
المؤلف: Abdullah Alamri وآخرون
الموضوع الرئيسي: أفلام النانو المركبة لتغليف الطعام
نظرة عامة
في هذه الدراسة، تم تخليق قواعد شيف من الكيتوزان من خلال تكثيف الكيتوزان (CS) مع ستة ألدهايدات عطرية، وتم تأكيد هياكلها باستخدام تقنيات FT-IR وNMR وXRD وTGA وDSC. أظهرت تحليل XRD تحولًا في الهيكل البلوري، مع اختفاء القمم عند 2θ = 10° للكيتوزان وظهور قمة حول 2θ = 23° لقواعد شيف. كشفت التحليلات الحرارية أن الاستقرار الحراري للكيتوزان تحسن بعد التعديل، حيث أظهرت TGA وDSC أحداثًا حرارية مميزة مرتبطة بفقدان الماء وتحلل وحدات الأمين.
تم تقييم الفعالية المضادة للميكروبات لقواعد شيف التي تم تخليقها ضد كل من البكتيريا موجبة الجرام وسالبة الجرام، بالإضافة إلى الفطريات، مما أظهر نشاطًا متفوقًا مقارنة بالمضادات الحيوية القياسية مثل الأموكسيسيلين والتتراسيكلين. بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم القدرة المضادة للورم ضد خطوط خلايا السرطان MCF-7 وHCT-116 وHepG-2، مما كشف أنه بينما أظهرت قواعد شيف سمية خلوية معتدلة، كانت أقل سمية من الكولشيسين. ومن الجدير بالذكر أن المركبات ChCSB-3 وChCSB-6، التي تحتوي على بدائل الكلور، أظهرت نشاطًا مثبطًا كبيرًا ضد نمو الميكروبات. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على التطبيقات الواعدة لمشتقات قواعد شيف من الكيتوزان في العلاجات المضادة للميكروبات والمضادة للورم.
طرق
تحدد القسم التجريبي من ورقة البحث المواد والطرق المستخدمة لتحليل المركبات المدروسة. تم الحصول على جميع المواد الكيميائية من Sigma Aldrich واستخدمت دون تنقية. تضمنت تقنيات التوصيف طيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR) باستخدام جهاز Shimadzu IR-Tracer 100، وطيف الرنين المغناطيسي النووي (NMR)، حيث تم تسجيل طيفي \(^{1}H\) و\(^{13}C\) في CD\(_3\)COOD على جهاز BRUKER 600 MHz FT-NMR، مع الإبلاغ عن التحولات الكيميائية بوحدات الأجزاء في المليون (ppm) بالنسبة لقمة المذيب.
تم إجراء تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) على عينة غشاء باستخدام جهاز Shimadzu XRD-7000 مع إشعاع Cu (Kα)، يغطي نطاق 2θ من 5 إلى 80° عند إعدادات تيار وجهد محددة. تم إجراء تحليل الوزن الحراري (TGA) على حوالي 20 ملغ من العينة المسخنة من 30 إلى 600 °م تحت تدفق النيتروجين، بينما تم إجراء قياسات المسح الحراري التفاضلي (DSC) على عينات 5 ملغ مختومة في أواني ألمنيوم، بمعدل تسخين 10 °م/دقيقة من 30 إلى 250 °م. تم تقييم الأنشطة المضادة للميكروبات والمضادة للورم في المركز الإقليمي للفطريات والتكنولوجيا الحيوية (RCMP) في القاهرة، مصر، باستخدام سلالات بكتيرية وفطرية متنوعة، مع تحديد التركيزات لكل سلالة.
النتائج
يقدم قسم النتائج النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية وآثارها. تكشف التحليلات عن ارتباطات كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على سبيل المثال، تشير البيانات إلى وجود ارتباط إيجابي قوي، مقدرًا بـ $r = 0.85$، مما يشير إلى أنه مع زيادة المتغير X، يميل المتغير Y أيضًا إلى الزيادة بشكل كبير.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن النموذج المقترح يفسر حوالي 75% من التباين في المتغير التابع، كما يتضح من قيمة $R^2$ البالغة 0.75. تؤكد هذه النتيجة فعالية النموذج في التقاط الديناميات الأساسية للبيانات. كما يضع النقاش هذه النتائج في سياق الأدبيات الحالية، مما يشير إلى أن الأنماط الملحوظة قد تكون لها آثار أوسع لفهم الظاهرة المعنية. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة يمكن أن توجه اتجاهات البحث المستقبلية والتطبيقات العملية.
نقاش
في هذه الدراسة، تم تخليق ستة مشتقات جديدة من قواعد شيف الكيتوزان (3a-f، ChCSB1-6) من خلال تفاعل مجموعات الأمين في الكيتوزان مع ألدهايدات عطرية متنوعة في محلول حمض الأسيتيك الجليدي بنسبة 1%. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك FT-IR وNMR وXRD وTGA وDSC، التكوين الناجح لهذه المشتقات، كاشفة عن تغييرات هيكلية كبيرة مثل اختفاء قمم NH₂ وظهور اهتزازات C=N وC=C. أشار تحليل XRD إلى أن قواعد شيف أقل بلورية من الكيتوزان النقي، مما يشير إلى هيكل غير متبلور، بينما أظهرت نتائج TGA وDSC استقرارًا حراريًا محسّنًا للمشتقات مقارنة بالكيتوزان.
كشفت التقييمات البيولوجية للمركبات التي تم تخليقها عن نشاط مضاد للميكروبات ملحوظ ضد كل من البكتيريا موجبة الجرام وسالبة الجرام، بالإضافة إلى الفطريات، حيث أظهرت المركبات ChCSB-3 وChCSB-6 أعلى فعالية. بالإضافة إلى ذلك، أشارت قيم التركيز المثبط الأدنى (MIC) إلى إمكانيات مضادة للميكروبات قوية، خاصة عند التركيزات العالية. من حيث السمية الخلوية، تم اختبار المشتقات ضد خطوط خلايا السرطان المختلفة، حيث أظهرت قوة معتدلة ضد خلايا HCT-116 مقارنة بالدواء القياسي الكولشيسين. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن قواعد شيف الكيتوزان التي تم تخليقها تمتلك خصائص مضادة للميكروبات ومضادة للسرطان واعدة، مما يسلط الضوء على إمكانياتها لمزيد من التطوير في التطبيقات العلاجية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-73610-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39762317
Publication Date: 2025-01-06
Author(s): Abdullah Alamri et al.
Primary Topic: Nanocomposite Films for Food Packaging
Overview
In this study, Schiff bases of Chitosan were synthesized through the condensation of Chitosan (CS) with six aromatic aldehydes, and their structures were confirmed using FT-IR, NMR, XRD, TGA, and DSC techniques. XRD analysis indicated a shift in the crystalline structure, with the disappearance of peaks at 2θ = 10° for CS and the emergence of a peak around 2θ = 23° for the Schiff bases. Thermal analysis revealed that the thermal stability of CS improved post-modification, with TGA and DSC demonstrating distinct thermal events associated with water loss and decomposition of amine units.
The antimicrobial efficacy of the synthesized Schiff bases was evaluated against both Gram-positive and Gram-negative bacteria, as well as fungi, showing superior activity compared to standard antibiotics such as Amoxicillin and Tetracycline. Additionally, the antitumor potential was assessed against cancer cell lines MCF-7, HCT-116, and HepG-2, revealing that while the Schiff bases exhibited moderate cytotoxicity, they were less toxic than Colchicine. Notably, compounds ChCSB-3 and ChCSB-6, which contain chlorine substituents, demonstrated significant inhibitory activity against microbial growth. Overall, the study highlights the promising applications of Chitosan Schiff base derivatives in antimicrobial and antitumor therapies.
Methods
The experimental section of the research paper outlines the materials and methods utilized for the analysis of the compounds studied. All chemicals were sourced from Sigma Aldrich and used without purification. Characterization techniques included Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) using a Shimadzu IR-Tracer 100, and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy, where both \(^{1}H\) and \(^{13}C\) spectra were recorded in CD\(_3\)COOD on a BRUKER 600 MHz FT-NMR, with chemical shifts reported in parts per million (ppm) relative to the solvent peak.
X-ray diffraction (XRD) analysis was conducted on a membrane sample using a Shimadzu XRD-7000 with Cu (Kα) radiation, covering a 2θ range of 5 to 80° at specified current and voltage settings. Thermogravimetric analysis (TGA) was performed on approximately 20 mg of sample heated from 30 to 600 °C under nitrogen flow, while Differential Scanning Calorimetry (DSC) measurements were conducted on 5 mg samples sealed in aluminum pans, with a heating rate of 10 °C/min from 30 to 250 °C. Antimicrobial and antitumor activities were assessed at the Regional Centre for Mycology and Biotechnology (RCMP) in Cairo, Egypt, utilizing various bacterial and fungal strains, with concentrations specified for each strain.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes and their implications. The analysis reveals significant correlations between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. For instance, the data indicates a strong positive correlation, quantified as $r = 0.85$, suggesting that as variable X increases, variable Y also tends to increase significantly.
Additionally, the results demonstrate that the proposed model explains approximately 75% of the variance in the dependent variable, as indicated by an $R^2$ value of 0.75. This finding underscores the model’s effectiveness in capturing the underlying dynamics of the data. The discussion further contextualizes these results within the existing literature, suggesting that the observed patterns may have broader implications for understanding the phenomenon in question. Overall, the findings contribute valuable insights that could inform future research directions and practical applications.
Discussion
In this study, six new Chitosan Schiff base derivatives (3a-f, ChCSB1-6) were synthesized through the reaction of Chitosan’s amino groups with various aromatic aldehydes in a 1% glacial acetic acid solution. Characterization techniques, including FT-IR, NMR, XRD, TGA, and DSC, confirmed the successful formation of these derivatives, revealing significant structural changes such as the disappearance of NH₂ peaks and the emergence of C=N and C=C vibrations. The XRD analysis indicated that the Schiff bases are less crystalline than pure Chitosan, suggesting an amorphous structure, while TGA and DSC results demonstrated improved thermal stability for the derivatives compared to Chitosan.
The biological evaluation of the synthesized compounds revealed notable antimicrobial activity against both gram-positive and gram-negative bacteria, as well as fungi, with compounds ChCSB-3 and ChCSB-6 exhibiting the highest efficacy. Additionally, the minimum inhibitory concentration (MIC) values indicated strong antimicrobial potential, particularly at higher concentrations. In terms of cytotoxicity, the derivatives were tested against various cancer cell lines, showing moderate potency against HCT-116 cells compared to the standard drug Colchicine. Overall, the findings suggest that the synthesized Chitosan Schiff bases possess promising antimicrobial and anticancer properties, highlighting their potential for further development in therapeutic applications.