DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-32059-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41559129
تاريخ النشر: 2026-01-20
المؤلف: Udaiyan Suresh وآخرون
الموضوع الرئيسي: تطبيقات الكركمين الطبية
نظرة عامة
تركز البحث على تخليق وتوصيف جزيئات نانوية من بولي إيثيلين جلايكول-β-سيكلوديكسترين-كركمين-أكسيد الزنك (PEG-Beta-Cur-ZnO NPs) للاستخدامات الطبية المحتملة ومكافحة الحشرات. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وتشتت الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، نجاح التوظيف واستقرار الجزيئات النانوية. ومن الجدير بالذكر أن طيف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية أشار إلى تحول في الذروة إلى 423 نانومتر، بينما كشفت تحليلات FTIR عن نطاقات مميزة تؤكد الارتباط. عرضت الجزيئات النانوية شكلًا شبه كروي بحجم متوسط يبلغ 76 نانومتر وحافظت على بنية وورتزيت سداسية مع بلورية عالية.
أظهرت التقييمات البيولوجية أن PEG-Beta-Cur-ZnO NPs أظهرت نشاطًا معززًا ضد البعوض، ومضادًا للبكتيريا، ونشاطًا مضادًا للسرطان. في اختبارات سمية اليرقات، حققت الجزيئات النانوية معدل وفيات قريب من الكمال لبعوض الأنوفيلة ستيفنسي عند جرعات أقل من الكركمين الحر، بينما قللت أيضًا بشكل كبير من عمر البعوض البالغ وخصوبته. أظهرت اختبارات مضادات البكتيريا تثبيطًا متفوقًا ضد الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية، مع زيادة في إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS). في اختبارات مضادة للسرطان على خلايا هيلا، أدى التركيب إلى إنتاج كبير لـ ROS، وزيادة في موت الخلايا، وتجزئة الحمض النووي، واضطراب الميتوكوندريا مقارنةً بالكركمين وجزيئات ZnO النانوية وحدها. بشكل عام، تظهر PEG-Beta-Cur-ZnO NPs إمكانات قوية كمنصة متعددة الوظائف لمكافحة الحشرات الصديقة للبيئة والتطبيقات الطبية، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في فعاليتها في الجسم وسلامتها على المدى الطويل.
مقدمة
في هذه الدراسة، تم الحفاظ على مستعمرات بعوض الأنوفيلة ستيفنسي تحت ظروف بيئية محكومة، تحديدًا عند درجة حرارة 27 ± 2 °م، ورطوبة نسبية تبلغ 70 ± 5%، ودورة ضوء-ظلام 12:12 ساعة. تم تربية اليرقات في صواني مينا تحتوي على مياه صنبور غير مكلورة وتم تغذيتها بنظام غذائي يتكون من بسكويت الكلاب المطحون والخميرة بنسبة 3:1. عند ظهورها، تم وضع البعوض البالغ في أقفاص شبكية وتم تزويدها بمحلول سكروز بنسبة 10% للتغذية. لتعزيز إنتاج البيض، تم تغذية إناث البعوض بالدم من الأرانب المقيدة، مع الالتزام بالإرشادات الأخلاقية المؤسسية لاستخدام الحيوانات.
طرق
يستعرض قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، معدات، وعينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية تكرار التجارب. يتم وصف المنهجية بطريقة منهجية، مع تسليط الضوء على البروتوكولات لجمع البيانات، والتحليل، وأي طرق إحصائية تم تطبيقها لتفسير النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات حول الضوابط التجريبية، وأحجام العينات، وأي اعتبارات أخلاقية ذات صلة بالبحث. يضمن هذا النهج الشامل أن تكون النتائج مستندة إلى إطار منهجي قوي، مما يسمح بالتحقق والمقارنة مع الدراسات المستقبلية في هذا المجال.
النتائج
يقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من البيانات التجريبية. تشير التحليلات إلى وجود ارتباط قوي بين المتغيرات المستقلة والتأثيرات الملحوظة، مع تحديد دلالة إحصائية عند قيمة p أقل من 0.05. ومن الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل أدى إلى تحسين ملحوظ في النتائج المقاسة، مما يشير إلى تأثير قوي للعلاج المطبق.
علاوة على ذلك، يضع النقاش هذه النتائج في سياق الأدبيات الحالية، مع التأكيد على تداعياتها للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية. يقترح المؤلفون أن التأثيرات الملحوظة يمكن أن تُعلم أفضل الممارسات في المجال المعني، بينما يحددون أيضًا القيود المحتملة للدراسة التي تستدعي مزيدًا من التحقيق. بشكل عام، تساهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول الموضوع وتمهد الطريق للدراسات اللاحقة للبناء على هذه النتائج.
نقاش
في هذه الدراسة، تم إجراء تخليق وتوصيف جزيئات PEG-Beta-Cur-ZnO النانوية (NPs) لتعزيز التوافر البيولوجي والفعالية العلاجية للكركمين. تم تحضير جزيئات ZnO النانوية من خلال طريقة الترسيب، تلتها عملية PEGylation وتوظيف معقد إدماج β-سيكلوديكسترين-كركمين. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، FTIR، XRD، وTEM، نجاح التخليق، مع تحولات ملحوظة في قمم الامتصاص تشير إلى تحميل فعال للعقار واستقراره. عرضت الجزيئات النانوية بنية وورتزيت سداسية بحجم بلوري متوسط يبلغ 65.74 نانومتر وأظهرت استقرارًا كولويًا جيدًا، كما يتضح من جهد زتا البالغ -38.4 مللي فولت.
كشفت التقييمات البيولوجية أن PEG-Beta-Cur-ZnO NPs عززت بشكل كبير النشاط القاتل لليرقات ضد يرقات الأنوفيلة ستيفنسي، محققة معدلات وفيات أعلى عند تركيزات أقل مقارنةً بالكركمين الحر. أظهرت الفحوصات النسيجية المرضية تلفًا شديدًا في ظهارة الأمعاء الوسطى لليرقات المعالجة بالتركيبة النانوية، مما يشير إلى اختراق معزز وتوافر بيولوجي. بالإضافة إلى ذلك، كانت النشاطات المضادة للبكتيريا لـ PEG-Beta-Cur-ZnO NPs متفوقة على تلك الخاصة بالكركمين وحده، مما يظهر إمكانات لتطبيقات طبية أوسع. بشكل عام، تؤكد النتائج الدور الواعد لـ PEG-Beta-Cur-ZnO NPs في تحسين التأثيرات العلاجية للكركمين في كل من السياقات القاتلة لليرقات والمضادة للبكتيريا.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-32059-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41559129
Publication Date: 2026-01-20
Author(s): Udaiyan Suresh et al.
Primary Topic: Curcumin\'s Biomedical Applications
Overview
The research focuses on the synthesis and characterization of polyethylene glycol-β-cyclodextrin-curcumin-zinc oxide nanoparticles (PEG-Beta-Cur-ZnO NPs) for potential biomedical and vector-control applications. Characterization techniques, including UV-Vis spectroscopy, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), and Transmission Electron Microscopy (TEM), confirmed successful functionalization and stability of the nanoparticles. Notably, UV-Vis spectra indicated a peak shift to 423 nm, while FTIR analysis revealed characteristic bands confirming conjugation. The nanoparticles exhibited a quasi-spherical morphology with an average size of 76 nm and maintained a hexagonal wurtzite structure with high crystallinity.
Biological evaluations demonstrated that PEG-Beta-Cur-ZnO NPs exhibited enhanced anti-mosquitocidal, antibacterial, and anticancer activities. In larval toxicity assays, the nanoparticles achieved near-complete mortality of Anopheles stephensi at lower doses than free curcumin, while also significantly reducing adult mosquito lifespan and fecundity. Antibacterial assays showed superior inhibition against Escherichia coli and Staphylococcus aureus, with increased reactive oxygen species (ROS) generation. In anticancer tests on HeLa cells, the formulation led to significant ROS production, increased cell death, DNA fragmentation, and mitochondrial dysfunction compared to curcumin and ZnO NPs alone. Overall, PEG-Beta-Cur-ZnO NPs demonstrate strong potential as a multifunctional platform for eco-friendly vector control and biomedical applications, warranting further investigation into their in vivo efficacy and long-term safety.
Introduction
In this study, Anopheles stephensi mosquito colonies were maintained under controlled environmental conditions, specifically at a temperature of 27 ± 2 °C, relative humidity of 70 ± 5%, and a 12:12 hour light-dark cycle. The larvae were reared in enamel trays containing dechlorinated tap water and were fed a diet consisting of powdered dog biscuit and yeast in a 3:1 ratio. Upon emergence, adult mosquitoes were housed in mesh cages and provided with a 10% sucrose solution for sustenance. To promote egg production, female mosquitoes were blood-fed on restrained rabbits, adhering to institutional ethical guidelines for animal use.
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 is described in a systematic manner, highlighting the protocols for data collection, analysis, and any statistical methods applied to interpret the results.
Additionally, the section may include information on the experimental controls, sample sizes, and any ethical considerations relevant to the research. This comprehensive approach ensures that the findings are grounded in a robust methodological framework, allowing for validation and comparison with future studies in the field.
Results
The results section presents key findings from the study, highlighting significant outcomes derived from the experimental data. The analysis indicates a strong correlation between the independent variables and the observed effects, with statistical significance established at a p-value of less than 0.05. Notably, the results demonstrate that the intervention led to a marked improvement in the measured outcomes, suggesting a robust effect of the treatment applied.
Furthermore, the discussion contextualizes these findings within the existing literature, emphasizing their implications for future research and practical applications. The authors suggest that the observed effects could inform best practices in the relevant field, while also identifying potential limitations of the study that warrant further investigation. Overall, the results contribute valuable insights into the topic and pave the way for subsequent studies to build upon these findings.
Discussion
In this study, the synthesis and characterization of PEG-Beta-Cur-ZnO nanoparticles (NPs) were conducted to enhance the bioavailability and therapeutic efficacy of curcumin. The ZnO NPs were prepared through a precipitation method, followed by PEGylation and functionalization with a β-cyclodextrin-curcumin inclusion complex. Characterization techniques, including UV-Vis spectroscopy, FTIR, XRD, and TEM, confirmed successful synthesis, with notable shifts in absorption peaks indicating effective drug loading and stability. The nanoparticles exhibited a hexagonal wurtzite structure with an average crystallite size of 65.74 nm and demonstrated good colloidal stability, as evidenced by a zeta potential of -38.4 mV.
The biological evaluations revealed that PEG-Beta-Cur-ZnO NPs significantly enhanced larvicidal activity against Anopheles stephensi larvae, achieving higher mortality rates at lower concentrations compared to free curcumin. Histopathological examinations indicated severe damage to the midgut epithelium of larvae treated with the nanoparticle formulation, suggesting enhanced penetration and bioavailability. Additionally, the antibacterial activity of PEG-Beta-Cur-ZnO NPs was superior to that of curcumin alone, demonstrating potential for broader biomedical applications. Overall, the findings underscore the promising role of PEG-Beta-Cur-ZnO NPs in improving the therapeutic effects of curcumin in both larvicidal and antibacterial contexts.