DOI: https://doi.org/10.1186/s13036-024-00425-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38649969
تاريخ النشر: 2024-04-22
المؤلف: Mahsa Mohammadzadeh وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث الديناميكا الدوائية للنباتات الطبية
نظرة عامة
لقد أدى الطلب المتزايد على استراتيجيات فعالة لتعزيز تكوين العظام وتحسين تجديد العظام إلى اهتمام كبير بالإيكارين، وهو مركب معروف بخصائصه الدوائية المتنوعة، بما في ذلك التأثيرات المضادة للالتهابات، ومضادات الأكسدة، وتأثيرات تعزيز تكوين العظام. يسهل الإيكارين تحويل خلايا السدى الميزانشيمية إلى خلايا عظمية ويعزز التمعدن في المصفوفة خارج الخلوية، وهو أمر حاسم لتجديد العظام. تشير الدراسات إلى أن الإيكارين يحفز التعبير عن علامات تكوين العظام الرئيسية مثل BMP-2، BMP-4، Osx، RUNX2، ونوع الكولاجين I، خاصة عند الجرعات المنخفضة. ومع ذلك، لا يزال توصيل الإيكارين إلى نسيج العظام يمثل تحديًا، يمكن معالجته من خلال التغليف في منصات نانوية، مما يعزز إمكاناته العلاجية من خلال استهداف الآليات الخلوية مباشرة.
تستكشف هذه المراجعة تطبيقات وآليات منصات الإيكارين المحملة في تجديد العظام، مع تسليط الضوء على تقنيات التغليف المختلفة وتأثيراتها البيولوجية على هندسة نسيج العظام. على الرغم من التحديات المتعلقة بالتوافر الحيوي والتسويق، فإن الإمكانات العظمية لهذه المنصات النانوية واعدة. تؤكد المراجعة على الحاجة إلى مزيد من البحث لتحسين توصيل الإيكارين وفعاليته، خاصة في علاج حالات مثل هشاشة العظام. من خلال تعزيز نضوج الخلايا العظمية وتنظيم الالتهاب، تمثل منصات الإيكارين المحملة نهجًا متعدد الاستخدامات لتحسين تكوين العظام ومعالجة الزيادة في حدوث اضطرابات العظام في السكان المسنين.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحديات الكبيرة في الرعاية الصحية التي تطرحها اضطرابات العظام والكسور، خاصة في السكان العالميين المتقدمين في العمر. تؤدي حالات مثل هشاشة العظام وخلل تكوين العظام (OI) إلى زيادة خطر الكسور وما يرتبط بها من اعتلال، مما يستلزم تقدمًا في استراتيجيات تجديد العظام. تواجه طرق العلاج التقليدية، بما في ذلك زراعة العظام وأجهزة التثبيت، قيودًا، مما يثير الاهتمام في أساليب مبتكرة مثل هندسة نسيج العظام (BTE). تدمج BTE بين البيولوجيا وعلوم المواد والهندسة لتطوير هياكل حيوية مماثلة وه therapies قائمة على الخلايا تهدف إلى تعزيز شفاء العظام.
تركز المراجعة على الإيكارين (ICA)، وهو فلافونويد طبيعي له خصائص تعزيز تكوين العظام، وإمكاناته عند توصيله عبر منصات نانوية مثل الألياف النانوية (NFs) والجسيمات النانوية (NPs). يمكن أن تحاكي هذه الهياكل النانوية المصفوفة خارج الخلوية، مما يسهل تفاعلات الخلايا وإطلاق الدواء بشكل منظم. على الرغم من الأبحاث الواعدة حول منصات الإيكارين المحملة لتعزيز تكوين العظام، لا تزال التحديات المتعلقة بالتوافر الحيوي والتسويق قائمة. الهدف من هذه المراجعة هو تحليل التقدمات الأخيرة في تطبيق الإيكارين في BTE، ومناقشة تقنيات التغليف وتأثيراتها البيولوجية، مع تقديم رؤى حول اتجاهات البحث المستقبلية والتطبيقات السريرية.
مناقشة
تناقش هذه القسم التركيب والخصائص الدوائية والمصادر وآليات العمل والتوافر الحيوي وطرق التوصيل المبتكرة للإيكارين (ICA)، وهو جليكوسيد فلافانول مضاف إليه مجموعة برينيل مع الصيغة الجزيئية $C_{33}H_{40}O_{15}$. يظهر الإيكارين مجموعة من الإمكانات العلاجية، بما في ذلك النشاط العظمي، والتأثيرات المضادة للالتهابات، وخصائص مضادات الأكسدة، والحماية العصبية. يعزز تكوين العظام من خلال تعزيز تمايز وتمعدن خلايا السندات الميزانشيمية (MSCs) وتعديل مسارات الإشارة الرئيسية مثل التعبير عن BMP-2 وBMP-4. ومع ذلك، عند التركيزات العالية، يمكن أن يكون الإيكارين سامًا لتمايز الخلايا العظمية. يتم استخراج المركب بشكل أساسي من أنواع مختلفة من الإبيميديوم، وتظهر مشتقاته، مثل إيكاريسيد I وديزمثيليكاريتين، أيضًا أنشطة بيولوجية واعدة.
التوافر الحيوي للإيكارين محدود بسبب طبيعته الكارهة للماء والأيض السريع، مما يحفز البحث في أنظمة توصيل جديدة لتعزيز فعاليته العلاجية. تم استخدام تقنيات مثل النسيج الكهربائي لإنشاء ألياف نانوية تحتوي على الإيكارين للإطلاق المنظم، مما يحسن من ذوبانه واستقراره. لقد أظهرت هذه الألياف النانوية المنسوجة إمكانات في تطبيقات مثل هندسة نسيج العظام (BTE) ومنع الالتصاقات بعد الجراحة. بشكل عام، فإن الخصائص الدوائية المتعددة للإيكارين، جنبًا إلى جنب مع التقدم في طرق التوصيل، تجعله مرشحًا واعدًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات الطبية الحيوية، خاصة في صحة العظام والطب التجديدي.
DOI: https://doi.org/10.1186/s13036-024-00425-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38649969
Publication Date: 2024-04-22
Author(s): Mahsa Mohammadzadeh et al.
Primary Topic: Medicinal Plant Pharmacodynamics Research
Overview
The increasing demand for effective strategies to promote osteogenesis and enhance bone regeneration has led to significant interest in icariin, a compound known for its diverse pharmacological properties, including anti-inflammatory, antioxidant, and osteogenic effects. Icariin facilitates the transformation of mesenchymal stromal cells into osteoblasts and enhances the mineralization of the extracellular matrix, crucial for bone regeneration. Studies indicate that icariin induces the expression of key osteogenic markers such as BMP-2, BMP-4, Osx, RUNX2, and collagen type I, particularly at low doses. However, effective delivery of icariin to bone tissue remains a challenge, which can be addressed through encapsulation in nanoplatforms, enhancing its therapeutic potential by targeting cellular mechanisms directly.
This review explores the applications and mechanisms of icariin-loaded nanoplatforms in bone regeneration, highlighting various encapsulation techniques and their biological impacts on bone tissue engineering. Despite challenges related to bioavailability and commercialization, the osteogenic potential of these nanoplatforms is promising. The review emphasizes the need for further research to optimize icariin’s delivery and efficacy, particularly in treating conditions like osteoporosis. By enhancing osteoblast maturation and regulating inflammation, icariin-loaded nanoplatforms represent a versatile approach to improving osteogenesis and addressing the rising incidence of bone disorders in an aging population.
Introduction
The introduction highlights the significant healthcare challenges posed by bone disorders and fractures, particularly in an aging global population. Conditions such as osteoporosis and osteogenesis imperfecta (OI) lead to increased fracture risk and associated morbidity, necessitating advancements in bone regeneration strategies. Traditional treatment methods, including bone grafts and fixation devices, face limitations, prompting interest in innovative approaches like bone tissue engineering (BTE). BTE integrates biology, materials science, and engineering to develop biomimetic scaffolds and cell-based therapies aimed at enhancing bone healing.
The review focuses on icariin (ICA), a natural flavonoid with osteogenic properties, and its potential when delivered via nanoplatforms such as nanofibers (NFs) and nanoparticles (NPs). These nanostructures can mimic the extracellular matrix, facilitating cell interactions and controlled drug release. Despite promising research on ICA-loaded nanoplatforms for promoting osteogenesis, challenges related to bioavailability and commercialization remain. The objective of this review is to analyze recent advancements in the application of ICA in BTE, discussing encapsulation techniques and their biological effects, while providing insights into future research directions and clinical applications.
Discussion
The section discusses the structure, pharmacological properties, sources, mechanisms of action, bioavailability, and innovative delivery methods of Icariin (ICA), a prenylated flavanol glycoside with the molecular formula $C_{33}H_{40}O_{15}$. ICA exhibits a range of therapeutic potentials, including osteogenic activity, anti-inflammatory effects, antioxidant properties, and neuroprotection. It enhances bone formation by promoting the differentiation and mineralization of mesenchymal stem cells (MSCs) and modulating key signaling pathways such as BMP-2 and BMP-4 expression. However, at higher concentrations, ICA can be toxic to osteoblastic differentiation. The compound is primarily extracted from various Epimedium species, and its derivatives, such as icariside I and desmethylicaritin, also show promising biological activities.
The bioavailability of ICA is limited due to its hydrophobic nature and rapid metabolism, prompting research into novel delivery systems to enhance its therapeutic efficacy. Techniques such as electrospinning have been employed to create nanofibers that encapsulate ICA for controlled release, improving its solubility and stability. These electrospun nanofibers have demonstrated potential in applications like bone tissue engineering (BTE) and preventing postoperative adhesions. Overall, the multifaceted pharmacological properties of ICA, combined with advancements in delivery methods, position it as a promising candidate for various biomedical applications, particularly in bone health and regenerative medicine.