DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-58601-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38589438
تاريخ النشر: 2024-04-08
المؤلف: Asmaa Badawy Darwish وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات كيميائية وبيولوجية لعائلة الفلفل
نظرة عامة
هدفت الدراسة إلى تطوير وتقييم جزيئات نانوية دهنية محملة بالبيبرين (PP) من الكيتوزان (PP-CLNPs) لنشاطها البيولوجي في إدارة العجز المعرفي في الفئران المصابة بالسكري، سواء بمفردها أو بالاشتراك مع الدواء المضاد للسكري ميتفورمين (MET). تم صياغة الجزيئات النانوية بنجاح باستخدام الكيتوزان، وحمض الستاريك، وتوين 80، وثلاثي الفوسفات (TPP)، محققة كفاءة احتجاز عالية تتراوح بين 85.12% إلى 97.41%، مع أحجام جزيئات تتراوح بين 59.56 إلى 414 نانومتر وقيم جهد زتا تتراوح بين -20.1 و -43.9 مللي فولت. أظهرت دراسات الإفراج في المختبر أن البيبرين تم إطلاقه بشكل أكثر فعالية من CLNPs مقارنة بتعليق البيبرين الحر على مدى 24 ساعة.
أظهرت التحقيقات في الجسم الحي أن التركيبة المحسنة (F2) من PP-CLNPs لم تعزز فقط الوظيفة المعرفية ولكنها قللت أيضًا من الإجهاد التأكسدي المرتبط بالسكري. علاوة على ذلك، عملت PP-CLNPs كمعزز حيوي، مما زاد بشكل كبير من فعالية الميتفورمين في حماية أنسجة الدماغ من الالتهاب العصبي الناتج عن السكري وتدهور الذاكرة. تشير النتائج إلى أن CLNPs تمثل نظام توصيل دوائي واعد لتغليف البيبرين، مما قد يعمل كعلاج مساعد للعجز المعرفي في مرضى السكري المعرضين للخطر. قد تركز الأبحاث المستقبلية على توضيح الآليات الكامنة وراء نشاط المعزز الحيوي للبيبرين، وخاصة تأثيره على مسار AMPK وعوامل البلاستيك العصبي المرتبطة مثل CREB و BDNF.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام مواد متنوعة، بما في ذلك البيبرين (نقاء 98%)، وحمض الستاريك، وكيتوزان منخفض الوزن الجزيئي، وتوين 80، وثلاثي الفوسفات (TPP)، تم الحصول عليها من موردين موثوقين مثل ألفا أيسر، وأكروس أورغانيكس، ولوبا كيمي، وسيغما-ألدريش. تم استخدام غشاء سليلوزي من أنبوب الغسيل بوزن جزيئي قطع يبلغ 12,000-14,000، بالإضافة إلى ستربتوزوتوسين (STZ) للإجراءات التجريبية. كما تم استخدام سترات الصوديوم من الدرجة التحليلية، وحمض الستريك، وحمض الهيدروكلوريك.
لتقييم العلامات البيوكيميائية، تم استخدام مجموعات ELISA التجارية لقياس مستويات المالونديالديهايد (MDA)، والجلوتاثيون المختزل (GSH)، وسوبر أكسيد ديسموتاز (SOD)، وعامل التغذية العصبية المشتق من الدماغ (BDNF)، وعامل النسخ CREB. تعكس اختيار المواد والطرق نهجًا صارمًا لضمان موثوقية وصلاحية النتائج التجريبية.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، مما يوحي بأن التغييرات في متغير واحد تؤثر مباشرة على الآخر. تدعم التحليلات الإحصائية، بما في ذلك قيم p وفواصل الثقة، قوة هذه النتائج، مما يظهر مستوى عالٍ من الأهمية.
علاوة على ذلك، توضح المناقشة تداعيات هذه النتائج، موضحة إياها في سياق الأدبيات الحالية. يقترح المؤلفون أن العلاقات الملاحظة يمكن أن تُعلم اتجاهات البحث المستقبلية والتطبيقات العملية، خاصة في المجال ذي الصلة. يتم الاعتراف بحدود الدراسة، وتُقدم اقتراحات لمزيد من التحقيق لتعزيز فهم الآليات الأساسية المعنية.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تحضير جزيئات نانوية دهنية محملة بالبيبرين (PP-CLNPs) بنجاح باستخدام طريقة تجانس الزيت في الماء تليها الربط الأيوني. تضمنت عملية الصياغة إذابة الكيتوزان في حمض الأسيتيك، وإضافة توين 80، وضبط الرقم الهيدروجيني قبل دمج حمض الستاريك والبيبرين في كلوريد الميثيلين. خضعت المستحلب الناتج للتسونيد وتم مزجه مع محلول ثلاثي الفوسفات (TPP) لإنشاء الجزيئات النانوية. كشفت خصائص PP-CLNPs عن كفاءة احتجاز عالية (EE%) تتراوح بين 85.12% إلى 97.41%، مما يشير إلى تغليف فعال للبيبرين، والذي يُعزى إلى طبيعته الكارهة للماء. أظهرت تحليل حجم الجسيمات أحجامًا تتراوح بين 59.56 نانومتر و414 نانومتر، مع ارتباط الأحجام الأصغر بنسب أعلى من توين 80، مما يشير إلى أن المواد السطحية تلعب دورًا حاسمًا في استقرار الجزيئات النانوية.
أظهرت دراسات الإفراج في المختبر أن التركيبات المختارة (F2، F5، وF8) أظهرت تحسينًا كبيرًا في إطلاق البيبرين مقارنةً بمحلول الدواء الحر، مع وصول نسب الإفراج التراكمية إلى 99% على مدى 24 ساعة. أشار ملف الإفراج إلى انفجار أولي تلاه إطلاق مستدام، متسق مع آليات انتشار فيكي. أكدت التحليلات الحركية أن الإفراج من هذه التركيبات اتبع آلية تحكم انتشار غير فيكي. أظهرت الخصائص الشكلية عبر المجهر الإلكتروني الناقل (TEM) أن الجزيئات النانوية كانت موزعة بشكل موحد وكروية الشكل. بالإضافة إلى ذلك، أكدت مطيافية تحويل فورييه بالأشعة تحت الحمراء (FT-IR) التفاعل الناجح بين البيبرين ومكونات CLNP، مما يشير إلى تشكيل هيكل هجين مستقر. تشير هذه النتائج إلى أن PP-CLNPs المطورة لديها إمكانات لتحسين توصيل البيبرين، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في الجسم الحي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-58601-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38589438
Publication Date: 2024-04-08
Author(s): Asmaa Badawy Darwish et al.
Primary Topic: Piperaceae Chemical and Biological Studies
Overview
The study aimed to develop and assess Piperine (PP) loaded chitosan lipid nanoparticles (PP-CLNPs) for their biological activity in managing cognitive deficits in diabetic rats, both alone and in conjunction with the antidiabetic drug Metformin (MET). The nanoparticles were successfully formulated using chitosan, stearic acid, Tween 80, and Tripolyphosphate (TPP), achieving a high entrapment efficiency of 85.12% to 97.41%, with particle sizes ranging from 59.56 to 414 nm and zeta potential values between -20.1 and -43.9 mV. In vitro release studies indicated that PP was released more effectively from CLNPs compared to free PP suspensions over a 24-hour period.
In vivo investigations demonstrated that the optimized formulation (F2) of PP-CLNPs not only enhanced cognitive function but also reduced oxidative stress associated with diabetes. Furthermore, PP-CLNPs served as a bio-enhancer, significantly increasing the efficacy of Metformin in protecting brain tissue from diabetes-induced neuroinflammation and memory decline. The findings suggest that CLNPs represent a promising drug delivery system for encapsulating PP, potentially serving as an adjuvant therapy for cognitive impairments in high-risk diabetic patients. Future research may focus on elucidating the mechanisms underlying the bio-enhancer activity of Piperine, particularly its influence on the AMPK pathway and neuroplasticity-related factors such as CREB and BDNF.
Methods
In this study, various materials were utilized, including Piperine (98% purity), stearic acid, low-molecular-weight chitosan, Tween 80, and tripolyphosphate (TPP), sourced from reputable suppliers such as Alfa Aesar, Acros Organics, Loba Chemie, and Sigma-Aldrich. A dialysis tubing cellulose membrane with a molecular weight cut-off of 12,000-14,000 was employed, along with streptozotocin (STZ) for experimental procedures. Analytical-grade sodium citrate, citric acid, and hydrochloric acid were also used.
For the assessment of biochemical markers, commercial ELISA kits were utilized to measure levels of malondialdehyde (MDA), reduced glutathione (GSH), superoxide dismutase (SOD), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), and the transcription factor CREB. The choice of materials and methods reflects a rigorous approach to ensure the reliability and validity of the experimental outcomes.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, suggesting that changes in one variable directly influence the other. Statistical analyses, including p-values and confidence intervals, support the robustness of these findings, demonstrating a high level of significance.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these results, contextualizing them within existing literature. The authors propose that the observed relationships could inform future research directions and practical applications, particularly in the relevant field. Limitations of the study are acknowledged, and suggestions for further investigation are provided to enhance understanding of the underlying mechanisms at play.
Discussion
In this study, piperine-loaded chitosan lipid nanoparticles (PP-CLNPs) were successfully prepared using an oil-in-water homogenization method followed by ionic crosslinking. The formulation process involved dissolving chitosan in acetic acid, adding Tween 80, and adjusting the pH before incorporating stearic acid and piperine in methylene chloride. The resulting emulsion underwent sonication and was mixed with a tripolyphosphate (TPP) solution to create the nanoparticles. Characterization of the PP-CLNPs revealed high entrapment efficiency (EE%) ranging from 85.12% to 97.41%, indicating effective encapsulation of piperine, which is attributed to its hydrophobic nature. Particle size analysis showed sizes between 59.56 nm and 414 nm, with smaller sizes linked to higher Tween 80 ratios, suggesting that surfactants play a crucial role in stabilizing the nanoparticles.
In vitro release studies demonstrated that the selected formulations (F2, F5, and F8) exhibited significantly improved piperine release compared to free drug solutions, with cumulative release percentages reaching up to 99% over 24 hours. The release profile indicated an initial burst followed by sustained release, consistent with Fickian diffusion mechanisms. Kinetic analysis confirmed that the release from these formulations followed a non-Fickian diffusion-controlled mechanism. Morphological characterization via transmission electron microscopy (TEM) showed that the nanoparticles were uniformly dispersed and spherical in shape. Additionally, Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy confirmed the successful interaction between piperine and the CLNP components, indicating the formation of a stable hybrid structure. These findings suggest that the developed PP-CLNPs have potential for enhanced delivery of piperine, warranting further investigation in vivo.