DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-67509-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39030347
تاريخ النشر: 2024-07-19
المؤلف: Hossein Rezaei وآخرون
الموضوع الرئيسي: التطورات في توصيل الأدوية عبر الجلد
نظرة عامة
في هذه الدراسة، تم تصنيع جزيئات أكسيد الزنك النانوية (Zn-NPs) باستخدام طريقة صديقة للبيئة، ثم تم تغليفها في نيوسومات لتقييم خصائصها الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. تم إجراء توصيف Zn-NPs باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، تشتت الضوء الديناميكي (DLS)، مطيافية الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FTIR)، مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis)، مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS)، وحيود الأشعة السينية (XRD). أظهرت التركيبة النيوسومية المثلى كفاءة احتجاز (EE%) بلغت 31.26% وحجم 256.6 ± 12 نانومتر. أشار ملف الإفراج إلى إطلاق أبطأ لـ Zn-NPs من النيوسومات، حيث تم إطلاق 26% فقط على مدار 24 ساعة مقارنة بـ 99% لـ Zn-NPs الحرة.
كشفت التقييمات البيولوجية أن النيوسومات التي تحتوي على Zn-NPs أظهرت نشاطًا مضادًا للميكروبات ونشاطًا مضادًا للأغشية الحيوية مع زيادة الفعالية بمقدار 2 إلى 4 مرات مقارنة بـ Zn-NPs وحدها. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت النيوسومات نشاطًا مضادًا للسرطان ملحوظًا ضد خطوط خلايا سرطان الثدي (T47D، MCF-7، وMD-MBA 361) مع الحفاظ على سمية منخفضة تجاه خلايا HEK-293 الطبيعية، مما يشير إلى توافق حيوي جيد. خلصت الدراسة إلى أن النيوسومات تعزز بشكل كبير التأثيرات البيولوجية لـ Zn-NPs، مما يشير إلى إمكاناتها كحاملات فعالة لتوصيل الأدوية المستهدفة.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام مواد وطرق متنوعة للتحقيق في تأثيرات المواد السطحية والمركبات الأخرى على الخلايا البكتيرية وخطوط الخلايا. تضمنت المواد السطحية المستخدمة Span 60 وTween 60، إلى جانب المذيبات مثل الإيثانول 96% وDMSO. تم الحصول على وسائط النمو والمواد الكيميائية، بما في ذلك مرق مولر هينتون، محلول الكريستال البنفسجي، والكلوروفورم، من شركة ميرك، بينما تم الحصول على الكوليسترول، البنسلين، الستربتوميسين، نترات الزنك، ووسيط زراعة الخلايا من سيغما ألدريش.
لإجراءات التجارب، تم الحصول على الخلايا البكتيرية وخطوط الخلايا من مركز الموارد البيولوجية والجينية في إيران. بالإضافة إلى ذلك، تم تسهيل استخراج RNA وتخليق DNA التكميلي (cDNA) باستخدام مجموعات من Qiagen، الولايات المتحدة الأمريكية. تدعم هذه المجموعة الشاملة من المواد والطرق الإطار التجريبي للبحث، مما يمكّن من تقييم التفاعلات البيولوجية للمركبات المختبرة.
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، حيث تؤكد التحليلات الإحصائية قوة هذه العلاقات. من الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل أو العلاج المطبق أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في المقاييس المستهدفة، مما يشير إلى فعاليته.
علاوة على ذلك، توضح المناقشة تداعيات هذه النتائج، موضحةً سياقها ضمن الأدبيات الحالية. يؤكد المؤلفون على أهمية نتائجهم في تعزيز الفهم لموضوع البحث ويقترحون طرقًا محتملة للبحث المستقبلي لاستكشاف الآليات الأساسية بشكل أكبر. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة قد تفيد كل من الأطر النظرية والتطبيقات العملية في هذا المجال.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم استخدام الأجزاء الهوائية من *Artemisia scoparia* لتصنيع جزيئات أكسيد الزنك النانوية (Zn-NPs) من خلال طريقة خضراء، تتضمن تقليل نترات الزنك باستخدام مستخلص النبات. أظهرت Zn-NPs الناتجة شكلًا كرويًا بحجم متوسط يبلغ حوالي 27.60 نانومتر، تم تأكيده بواسطة تقنيات توصيف متنوعة بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية (UV-Vis)، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وحيود الأشعة السينية (XRD). ثم تم تغليف Zn-NPs المصنعة في نيوسومات باستخدام طريقة ترطيب الطبقة الرقيقة، مما أسفر عن تركيبات بنسب مولارية متغيرة من المواد السطحية. أظهرت التركيبة المثلى جهد زتا قدره -23.77 مللي فولت، مما يشير إلى استقرار جيد.
قامت الدراسة أيضًا بتقييم كفاءة الاحتجاز (EE%) لـ Zn-NPs داخل النيوسومات، والتي تم تحديدها من خلال الطرد المركزي والتحليل الطيفي. تم تقييم حركية الإفراج عن Zn-NPs من النيوسومات باستخدام طريقة كيس الغسيل، مما كشف عن ملف إفراج أبطأ مقارنة بـ Zn-NPs الحرة، وهو ما يُعزى إلى السلامة الهيكلية للنيوسومات. أظهرت اختبارات مضادة للبكتيريا أن Zn-NPs المغلفة بالنيوسومات أظهرت نشاطًا مضادًا للميكروبات معززًا بشكل كبير ضد سلالات بكتيرية متنوعة، حيث أظهرت التركيزات المثبطة الدنيا (MICs) زيادة بمقدار الضعف على الأقل في الفعالية مقارنة بـ Zn-NPs الحرة. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت النيوسومات نشاطًا ملحوظًا ضد الأغشية الحيوية، مما أدى إلى تثبيط تكوين الأغشية الحيوية وتأثير على التعبير عن الجينات المتعلقة بالأغشية الحيوية في السلالات البكتيرية المختبرة. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن Zn-NPs المغلفة بالنيوسومات يمكن أن تعمل كعامل مضاد للميكروبات واعد مع تطبيقات محتملة في علاج العدوى البكتيرية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-67509-5
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39030347
Publication Date: 2024-07-19
Author(s): Hossein Rezaei et al.
Primary Topic: Advancements in Transdermal Drug Delivery
Overview
In this study, zinc oxide nanoparticles (Zn-NPs) were synthesized using an eco-friendly green method and subsequently encapsulated in niosomes to evaluate their physicochemical and biological properties. The characterization of Zn-NPs was performed using scanning electron microscopy (SEM), dynamic light scattering (DLS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), UV-Vis spectroscopy, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and X-ray diffraction (XRD). The optimal niosomal formulation demonstrated an entrapment efficiency (EE%) of 31.26% and a size of 256.6 ± 12 nm. The release profile indicated a slower release of Zn-NPs from niosomes, with only 26% released over 24 hours compared to 99% for free Zn-NPs.
Biological assessments revealed that niosomes containing Zn-NPs exhibited enhanced antimicrobial and anti-biofilm activities, increasing effectiveness by 2 to 4 times compared to Zn-NPs alone. Additionally, the niosomes showed significant anticancer activity against breast cancer cell lines (T47D, MCF-7, and MD-MBA 361) while maintaining low cytotoxicity towards normal HEK-293 cells, indicating good biocompatibility. The study concluded that niosomes significantly enhance the biological effects of Zn-NPs, suggesting their potential as effective carriers for targeted drug delivery.
Methods
In this study, various materials and methods were employed to investigate the effects of surfactants and other compounds on bacterial cells and cell lines. The surfactants used included Span 60 and Tween 60, alongside solvents such as 96% ethanol and DMSO. Growth media and reagents, including Mueller Hinton broth, crystal violet solution, and chloroform, were sourced from Merck, while cholesterol, penicillin, streptomycin, zinc nitrate, and cell culture medium were obtained from Sigma Aldrich.
For the experimental procedures, bacterial cells and cell lines were acquired from the Center of Biological and Genetic Resources of Iran. Additionally, RNA extraction and complementary DNA (cDNA) synthesis were facilitated using kits from Qiagen, USA. This comprehensive selection of materials and methods underpins the experimental framework of the research, enabling the assessment of the biological interactions of the tested compounds.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses confirming the robustness of these relationships. Notably, the results demonstrate that the intervention or treatment applied led to measurable improvements in the targeted metrics, suggesting its efficacy.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings, contextualizing them within the existing body of literature. The authors emphasize the relevance of their results in advancing understanding of the subject matter and propose potential avenues for future research to explore the underlying mechanisms further. Overall, the results contribute valuable insights that may inform both theoretical frameworks and practical applications in the field.
Discussion
In this study, the aerial parts of *Artemisia scoparia* were utilized to synthesize zinc oxide nanoparticles (Zn-NPs) through a green method, involving the reduction of zinc nitrate with the plant extract. The resulting Zn-NPs exhibited a spherical morphology with an average size of approximately 27.60 nm, confirmed by various characterization techniques including UV-Vis spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), and X-ray diffraction (XRD). The synthesized Zn-NPs were then encapsulated in niosomes using a thin-layer hydration method, resulting in formulations with varying molar ratios of surfactants. The optimal formulation demonstrated a zeta potential of -23.77 mV, indicating good stability.
The study further evaluated the entrapment efficiency (EE%) of Zn-NPs within niosomes, which was determined through centrifugation and spectrophotometric analysis. The release kinetics of Zn-NPs from niosomes were assessed using a dialysis bag method, revealing a slower release profile compared to free Zn-NPs, which is attributed to the structural integrity of the niosomes. Antibacterial assays indicated that niosome-encapsulated Zn-NPs exhibited significantly enhanced antimicrobial activity against various bacterial strains, with minimum inhibitory concentrations (MICs) demonstrating at least a twofold increase in efficacy compared to free Zn-NPs. Additionally, the niosomes displayed notable anti-biofilm activity, effectively inhibiting biofilm formation and impacting the expression of biofilm-related genes in the tested bacterial strains. Overall, the findings suggest that niosome-encapsulated Zn-NPs could serve as a promising antimicrobial agent with potential applications in treating bacterial infections.