DOI: https://doi.org/10.1186/s12906-024-04381-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38350963
تاريخ النشر: 2024-02-13
المؤلف: Tassanee Ongtanasup وآخرون
الموضوع الرئيسي: أبحاث الزنجبيل وعائلة الزنجبيلية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تخليق وتطبيقات النانو فضة (GE-AgNPs) المشتقة من مستخلص الزنجبيل (Zingiber officinale)، مع التركيز على سمّيتها في المختبر، وقدرتها المضادة للأكسدة، وتأثيراتها المضادة للالتهابات. استخدمت الدراسة مزيجًا من الإيثانول والأسيتات الإيثيلية عند درجة حموضة 6 للاستخراج، مما أسفر عن جزيئات نانوية بحجم متوسط يبلغ 32.64 ± 1.65 نانومتر. ومن الجدير بالذكر أن GE-AgNPs أظهرت قدرة كبيرة على التخلص من الجذور الحرة، مع قيمة IC50 تبلغ 6.83 ± 0.47 ميكروغرام/مل، وأظهرت تثبيطًا بنسبة 25% لنشاط الليبوكسجيناز (LOX) عند تركيز 10 ميكروغرام/مل، متجاوزة التثبيط الذي تحقق بواسطة مستخلص الزنجبيل وحده.
أكدت النتائج أيضًا توافق GE-AgNPs حيويًا عند تركيزات تصل إلى 17.52 ± 7.00 ميكروغرام/مل ضد خط خلايا L929. أشارت دراسات الربط الجزيئي إلى أن 6-جينجيرول كان له affinity قوي للارتباط بـ LOX، مما يدعم دوره في تعزيز الفعالية المضادة للالتهابات للجزيئات النانوية. بشكل عام، تؤكد الدراسة على إمكانية GE-AgNPs كإضافة قيمة للمنتجات التجميلية، موصية بحد أقصى لتركيز 10 ميكروغرام/مل للاستفادة من خصائصها المضادة للأكسدة والمضادة للالتهابات مع ضمان السلامة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث المجال الناشئ لتكنولوجيا النانو الخضراء، التي تركز على التخليق والتطبيق الصديق للبيئة للمواد النانوية، وخاصة تلك المشتقة من مصادر نباتية. تهدف هذه المقاربة إلى تقليل الأثر البيئي والمخاطر الصحية المرتبطة بأساليب إنتاج الجسيمات النانوية التقليدية. ومن الجدير بالذكر أن مستخلصات النباتات غنية بالمواد الكيميائية النباتية التي تعمل كعوامل تقليل وتغطية فعالة في تخليق الجسيمات النانوية، مثل الجسيمات النانوية الفضية (AgNPs)، التي أظهرت خصائص مضادة للالتهابات بشكل كبير بسبب مساحتها السطحية الكبيرة وقدرتها على التفاعل مع الأهداف البيولوجية.
تسلط الورقة الضوء على إمكانية الزنجبيل (Zingiber officinale Roscoe) كمصدر لتخليق AgNPs، نظرًا لتنوع مركباته النشطة بيولوجيًا، بما في ذلك الفينولات والفلافونويدات، المعروفة بتأثيراتها المضادة للالتهابات. يؤكد المؤلفون على الحاجة إلى توصيف شامل لمستخلصات الزنجبيل لفهم تركيبها الكيميائي وفعاليتها في تثبيط المسارات الالتهابية، وخاصة من خلال إنزيم الليبوكسجيناز (LOX). تهدف الدراسة إلى تخليق AgNPs باستخدام مستخلص الزنجبيل مع تقييم قدرتها المضادة للأكسدة وتوافقها الحيوي، مما يساهم في تطوير عوامل علاجية مبتكرة مع تقليل المخاطر البيئية والصحية.
طرق
في هذه الدراسة، تم تصنيف المواد إلى ثلاث مجموعات متميزة بناءً على تطبيقها في منهجيات تجريبية مختلفة. ركزت المجموعة 1 على التفاعلات الكيميائية واستخدمت مواد كيميائية مثل نترات الفضة ($\text{AgNO}_3$)، 2،2-ثنائي فينيل-1-بيكريل هيدرازيل (DPPH)، و2،2′-أزينو-بيس(3-إيثيل بنزوتيازولين-6-حمض السلفونيك) ملح ثنائي الأمونيوم (ABTS)، وغيرها، جميعها مستمدة من Sigma-Aldrich. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على جذور الزنجبيل من صيدلية طبية تقليدية مرخصة في تايلاند.
كانت المجموعة 2 مخصصة للدراسات التي تشمل خطوط الخلايا والإنزيمات، باستخدام مواد مثل ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO) وMTT، أيضًا تم الحصول عليها من Merck. استخدمت هذه المجموعة بشكل خاص إنزيم الليبوكسجيناز (LOX) وحمض اللينوليك من Sigma-Aldrich لتسهيل التجارب المتعلقة بالإنزيم. أخيرًا، شملت المجموعة 3 التحليلات الحاسوبية، مستفيدة من أدوات البرمجيات بما في ذلك AutoDock 1.5.6 وPython 3.8.2، تم تنفيذها على نظام كمبيوتر عالي الأداء مزود بمعالج Intel Xeon و32 جيجابايت من الذاكرة العشوائية، مما يضمن قدرات حسابية قوية للبحث.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى وجود فرق كبير في عوائد استخراج مستخلصات جذور الزنجبيل عند مقارنة استخراج الماء الساخن باستخراج الإيثانول: الأسيتات الإيثيلية. بشكل محدد، كانت عملية استخراج الماء الساخن تعطي باستمرار كميات أكبر من مستخلص الزنجبيل، لكن التركيز الكلي لمركبات الفينول اختلف بشكل كبير عبر طرق الاستخراج المختلفة. ومن الجدير بالذكر أن مستخلص الزنجبيل الذي تم الحصول عليه عبر استخراج الإيثانول عند درجة حموضة 6 أظهر أعلى تركيزات من الفينولات الكلية (176.65 ± 11.53 ملغ GAE/غ مستخلص) والفلافونويدات الكلية (76.10 ± 1.98 ملغ QE/غ مستخلص)، مما يشير إلى وجود ارتباط قوي بين محتوى الفلافونويد الأعلى ووفرة الفينولات.
في المقابل، أدت طريقة استخراج الماء الساخن إلى انخفاض في كل من محتوى الفينول والفلافونويد الكلي، مما يشير إلى احتمال تدهور هذه المركبات عند درجات حرارة مرتفعة. تتماشى هذه النتيجة مع الأبحاث السابقة التي أجراها سينغ وسالدا، والتي أظهرت أن درجات الحرارة المرتفعة يمكن أن تؤثر سلبًا على استخراج مركبات الفينول من المواد النباتية. لذلك، توصي الدراسة باستخدام استخراج الإيثانول: الأسيتات الإيثيلية عند درجة حموضة 6 كأفضل طريقة لتعظيم استخراج المركبات النشطة بيولوجيًا، بما في ذلك الفينولات والفلافونويدات، من الزنجبيل.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة استخراج وتوصيف المركبات النشطة بيولوجيًا من جذور الزنجبيل (Zingiber officinale) وتطبيقها في تخليق الجسيمات النانوية الفضية (AgNPs). تم الحصول على جذور الزنجبيل من صيدلية طبية تقليدية في تايلاند، وتم التحقق من صحتها من خلال عينة مرجعية. تم استخدام طرق استخراج متنوعة، بما في ذلك استخراج الماء ومزيج من الإيثانول والأسيتات الإيثيلية، حيث أسفر الأخير عن تركيز أعلى من مركبات الفينول والفلافونويد. تم قياس المحتوى الكلي للفينول باستخدام طريقة فولين-سيوكالتو، بينما تم تقييم محتوى الفلافونويد باستخدام اختبار لوني مع كيرسيتين كمعيار.
تم تقييم النشاط المضاد للأكسدة لمستخلصات الزنجبيل من خلال اختبارات DPPH وABTS، مما كشف أن AgNPs المخلقة من مستخلصات الزنجبيل عند درجة حموضة 6 أظهرت قدرات تفكيك الجذور الحرة تفوق تلك التي تم تخليقها عند مستويات حموضة أخرى والمستخلص الخام نفسه. ومن الجدير بالذكر أن مستخلصات الإيثانول والأسيتات الإيثيلية احتوت على كميات كبيرة من المركبات النشطة بيولوجيًا مثل 6-شوجاول و8-شوجاول، والتي يُعتقد أنها تساهم في تعزيز الخصائص المضادة للأكسدة. استخدمت الدراسة أيضًا تحليل GC-MS/MS لتحديد 64 مركبًا من المستخلص المكون من مذيبات، مع كون 6-جينجيرول هو الأكثر بروزًا. تشير النتائج إلى أن درجة حموضة وسط الاستخراج تلعب دورًا حاسمًا في فعالية AgNPs الناتجة، حيث تعتبر درجة حموضة 6 مثالية للتطبيقات المضادة للأكسدة، مما يبرز إمكانية AgNPs المشتقة من الزنجبيل في الصناعات الصيدلانية والغذائية.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12906-024-04381-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38350963
Publication Date: 2024-02-13
Author(s): Tassanee Ongtanasup et al.
Primary Topic: Ginger and Zingiberaceae research
Overview
The research investigates the synthesis and biomedical applications of silver nanoparticles (GE-AgNPs) derived from Zingiber officinale (ginger) extract, focusing on their in vitro toxicity, antioxidant capacity, and anti-inflammatory effects. The study utilized a cosolvent blend of ethanol and ethyl acetate at pH 6 for extraction, yielding nanoparticles with an average size of 32.64 ± 1.65 nm. Notably, GE-AgNPs demonstrated a significant free radical scavenging ability, with an IC50 value of 6.83 ± 0.47 µg/mL, and exhibited a 25% inhibition of lipoxygenase (LOX) activity at a concentration of 10 µg/mL, surpassing the inhibition achieved by ginger extract alone.
The findings also confirmed the biocompatibility of GE-AgNPs at concentrations up to 17.52 ± 7.00 µg/mL against the L929 cell line. Molecular docking studies indicated that 6-gingerol had a strong binding affinity towards LOX, supporting its role in enhancing the anti-inflammatory efficacy of the nanoparticles. Overall, the study underscores the potential of GE-AgNPs as a valuable addition to cosmetic products, recommending a maximum concentration of 10 µg/mL to leverage their antioxidant and anti-inflammatory properties while ensuring safety.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the emerging field of green nanotechnology, which focuses on the environmentally friendly synthesis and application of nanomaterials, particularly those derived from plant sources. This approach aims to reduce the environmental impact and health risks associated with traditional nanoparticle production methods. Notably, plant extracts are rich in phytochemicals that serve as effective reducing and capping agents in the synthesis of nanoparticles, such as silver nanoparticles (AgNPs), which have shown significant anti-inflammatory properties due to their large surface area and ability to interact with biological targets.
The paper highlights the potential of ginger (Zingiber officinale Roscoe) as a source for synthesizing AgNPs, given its diverse array of bioactive compounds, including phenolics and flavonoids, known for their anti-inflammatory effects. The authors emphasize the need for thorough characterization of ginger extracts to understand their chemical composition and efficacy in inhibiting inflammatory pathways, particularly through the lipoxygenase (LOX) enzyme. The study aims to synthesize AgNPs using ginger extract while evaluating their antioxidant potential and biocompatibility, thereby contributing to the development of innovative therapeutic agents with reduced environmental and health risks.
Methods
In this study, materials were categorized into three distinct groups based on their application in various experimental methodologies. Group 1 focused on chemical reactions and utilized reagents such as silver nitrate ($\text{AgNO}_3$), 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), and 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt (ABTS), among others, all sourced from Sigma-Aldrich. Additionally, the rhizomes of *Zingiber officinale* were obtained from a licensed traditional medicine dispensary in Thailand.
Group 2 was dedicated to studies involving cell lines and enzymes, employing materials such as dimethyl sulfoxide (DMSO) and MTT, also procured from Merck. This group specifically utilized lipoxygenase (LOX) enzyme and linoleic acid from Sigma-Aldrich to facilitate enzyme-related experiments. Lastly, Group 3 encompassed computational analyses, leveraging software tools including AutoDock 1.5.6 and Python 3.8.2, executed on a high-performance computer system with an Intel Xeon processor and 32 GB of RAM, ensuring robust computational capabilities for the research.
Results
The results of the study indicate a significant difference in the extraction yields of ginger rhizome extracts when comparing hot water extraction to ethanol: ethyl acetate extraction. Specifically, hot water extraction consistently yielded higher amounts of ginger extract, but the total concentration of phenolic compounds varied significantly across different extraction methods. Notably, the ginger extract obtained via ethanol extraction at pH 6 exhibited the highest concentrations of total phenolics (176.65 ± 11.53 mg GAE/g extract) and total flavonoids (76.10 ± 1.98 mg QE/g extract), suggesting a strong correlation between higher flavonoid content and phenolic abundance.
In contrast, the hot water extraction method led to a decrease in both total phenolic and flavonoid content, indicating potential degradation of these compounds at elevated temperatures. This finding aligns with previous research by Singh and Saldaa, which demonstrated that higher temperatures can adversely affect the extraction of phenolic compounds from plant materials. Therefore, the study recommends utilizing ethanol: ethyl acetate extraction at pH 6 as the optimal method for maximizing the extraction of bioactive compounds, including phenolics and flavonoids, from ginger.
Discussion
In this section, the research discusses the extraction and characterization of bioactive compounds from the rhizomes of *Zingiber officinale* (ginger) and their application in synthesizing silver nanoparticles (AgNPs). The ginger rhizomes were sourced from a traditional medicine dispensary in Thailand, and their authenticity was verified through a voucher specimen. Various extraction methods were employed, including water extraction and a cosolvent mixture of ethanol and ethyl acetate, with the latter yielding a higher concentration of phenolic and flavonoid compounds. The total phenolic content was quantified using the Folin-Ciocalteu method, while flavonoid content was assessed using a colorimetric assay with quercetin as a standard.
The antioxidant activity of the ginger extracts was evaluated through DPPH and ABTS assays, revealing that the AgNPs synthesized from ginger extracts at pH 6 exhibited superior radical scavenging capabilities compared to those synthesized at other pH levels and the raw extract itself. Notably, the ethanol and ethyl acetate extracts contained significant amounts of bioactive compounds such as 6-shogaol and 8-shogaol, which are believed to contribute to the enhanced antioxidant properties. The study also utilized GC-MS/MS analysis to identify 64 compounds from the cosolvent extract, with 6-gingerol being the most prominent. The findings suggest that the pH of the extraction medium plays a crucial role in the efficacy of the resulting AgNPs, with pH 6 being optimal for antioxidant applications, thereby highlighting the potential of ginger-derived AgNPs in pharmaceutical and food industries.