Biosynthesis and biological activities of zinc oxide nanoparticles using Hammada scoparia (Pomel) Iljin plant extract.

في العلوم الطبيعية و الحياةApplied Biochemistryأطروحة دكتوراه تخصص

In this study, the main goal was to synthesize zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) using the aqueous extract of Hammada scoparia (Pomel) Iljin (H. scoparia) and to evaluate the biological activities of the plant extract, calcined and uncalcined ZnO-NPs in vitro and in vivo. Overall, the study aims to provide a comprehensive evaluation of the potential therapeutic benefits of H. scoparia extract and ZnO-NPs in promoting induced wound healing in albino rats, potentially leading to new phytotherapeutic and nanotherapeutic approaches in medical applications. For this purpose, standard procedures for quantitative and qualitative analysis and extraction of bioactive compounds were used. Identification and quantification of individual phenolic compounds were conducted via HPLC and LC/MS analysis. The green synthesis and characterization of calcined and uncalcined ZnO-NPs were performed using various methods, including UV-Vis spectrophotometry, FTIR, XRD, and SEM/EDS. In vitro activities such as antioxidant, photoprotective, anti-inflammatory, anti-diabetic, and probiotic activities were evaluated. Anti-cancer activity was evaluated by spectrophotometric and voltametric studies assessed the interaction of H. scoparia and two ZnO-NPs with DNA and BSA, then the cytotoxic effects of the H. scoparia and ZnO-NPs samples on MCF7 cells were assessed using the MTT assay. For the in vivo study, 35 male Wistar rats were divided into seven groups (each group comprises five rats): No wounds + no cream, wounds + no cream, wounds + Base cream, wounds +H. scoparia cream, wounds+ calcined ZnO-NPs cream, wounds+ uncalcined ZnO-NPs, and wounds + commercial healing cream (DOUCE PLUS®). after 13 days of treatment Various biochemical, hematological, and histopathology were studied. Phytochemical analysis revealed the presence of numerous phenolic compounds. H. scoparia contained high levels of total phenolics (141.61 ± 0.53 mg GAE/g Extract), flavonoids (67.88 ± 0.71 mg QE/mg Extract), and condensed tannins (54.47 ± 0.86mg CE/g Extract). HPLC analysis identified 21 phenolic compounds in high concentration, notably Rutin emerged as the most abundant, constituting a major peak at 28.288 %, succeeded by Naringenin (13.662%), Gallic Acid (11.037%), Valinin (9.436%), and Hydroxy-Comarin (6.006%). The synthesized ZnO-NPs exhibited an absorption peak at 362 nm for uncalcinated and 376 nm for calcinated ZnO-NPs, crystalline nature confirmed by XRD patterns, and SEM analysis showed that most nanoparticles were spherical particles with a mean diameter of 36.12 ± 4.52 nm and 40.17±6.43 respectively for uncalcined and calcined ZnO-NPs. FT-IR analysis confirmed the presence of various functional groups involved in the reduction and capping of ZnO-NPs. H. scoparia and the ZnO-NPs displayed strong antioxidant, anti-inflammatory and photoprotective activities and provided good probiotic activity for Bacillus pumilus. Uncalcined ZnO-NPs exhibited the highest antidiabetic activity with IC50=167.08 µg/mL for hemoglobin glycosylation and 38.67 µg/mL for α-glucosidase inhibition. Calcined ZnO-NPs followed with IC50 values of 176.51 µg/mL and 42.90 µg/mL, respectively. H. scoparia extract showed significant effectiveness with IC50 values of 245.32 µg/mL and 61.08 µg/mL. Additionally, results indicated spontaneous interactions between ZnO-NPs and DNA as well as BSA via electrostatic interactions, reflected in parameters K and ΔG. H. scoparia extract showed highest cytotoxicity; uncalcined and calcined ZnO-NPs also effectively reduced MCF7 cell viability. In vivo results showed that the H. scoparia cream exhibited the highest wound healing rates, followed by ZnO-NP-UC and ZnO-NP-C creams. Hematological and inflammation parameters were more favorable in treated groups. Histological studies confirmed improved skin healing, with H. scoparia and ZnO-NP treatments showing significant efficacy. In conclusion, this study comprehensively evaluated the therapeutic potential of H. scoparia extract, calcined and uncalcined ZnO-NPs in wound healing, cancer, and various biological activities. Results suggesting new possibilities for phytotherapy and nanotherapy in medical applications. في هذه الدراسة، كان الهدف الرئيسي هو تخليق جسيمات أكسيد الزنك باستخدام مستخلص ماني لنبات الرمث وتقييم الأنشطة البيولوجية لمستخلص النبات، وجسيمات أكسيد الزنك المحروقة وغير المحروقة في المختبر وفي الكائن الحي بصفة عامة تهدف الدراسة إلى تقديم تقييم شامل للفوائد العلاجية المحتملة لمستخلص الرمث وجسيمات أكسيد الزنك في تعزيز شفاء الجروح المحفزة في الفئران، مما قد يؤدي إلى نهج علاجي نباتي وثانوي جديد في التطبيقات الطبية لهذا الغرض، تم استخدام الإجراءات القياسية للتحليل الكمي والنوعي واستخراج المركبات الحيوية. كما تم إجراء تحليل وتقدير المركبات الفينولية الفردية عن طريق تقنية الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء والكروماتوغرافيا السائلة مع طيف الكتلة تم إجراء تخليق أخضر وتوصيف جسيمات أكسيد الزنك المحروقة وغير المحروقة باستخدام طرق مختلفة، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية المرئية، والطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه، وتشتت الأشعة السينية، والمجهر الإلكتروني الماسح مع التحليل الكمي بالطاقة الانتشارية. تم تقييم الأنشطة في المختبر مثل الأنشطة المضادة للأكسدة، والواقية من الأشعة فوق البنفسجية، والمضادة للالتهابات، ومضادة للسكري، ونشاط البروبيوتك تم تقييم نشاط مضاد للسرطان من خلال دراسات مطيافية وفولطامترية لتقييم تفاعل مستخلص الرمث وجسيمات أكسيد الزنك مع الحمض النووي وبروتين الالبومين البقري، ثم تم تقييم نشاط السمية الخلوية لعينات مستخلص الرمث وجسيمات أكسيد الزنك على الخلايا السرطانية MCF7 باستخدام اختبار MTT أما بخصوص الدراسة في الكائن الحي، تم تقسيم 35 من ذكور الفئران إلى سبع مجموعات تتكون كل مجموعة من خمسة فئران كالتالي: بدون جروح + بدون كريم، جروح + بدون كريم، جروح + قاعدة الكريم، جروح + كريم بمستخلص الرمث جروح + كريم جسيمات أكسيد الزنك المحروق، جروح + كريم جسيمات أكسيد الزنك غير المحروق، وجروح + الكريم التجاري (دوس بلوس (8). بعد 13 يوما من العلاج، تم دراسة مختلف التحاليل البيوكيميائية، الدموية، والنسيجية. توضح التحاليل الفيتوكيميائية وجود عدد كبير من المركبات الفينولية. يحتوي مستخلص الرمث على مستويات عالية من الفينولات الكلية (141.61) - 0.53 مع مكافئ من حمض الغاليك غ من المادة الجافة)، والفلافونويدات (67.88 - 0.71 مع مكافى من الكرسيتين غ من المادة الجافة، والتانينات المكثفة (54.47 - 0.86 مع مكافئ من الكاتيشين / غ من المادة الجافة). كشف تحليل الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء عن 21 مركب فينولي بتركيز عال، حيث برز الروتين كالأكثر وفرة، يليه النارينجين (13.662%)، حمض الغاليك (11.037%)، الفالينين (9.436%)، والهيدروكسي كيومارين (6.006%). أظهرت جسيمات أكسيد الزنك المصنعة ذروة امتصاصية عند 362 نانومتر للمحروق و 376 نانومتر لغير المحروق، وتأكدت طبيعتها البلورية من خلال أنماط تشتت الأشعة السينية، وأظهرت تحليل المجهر الإلكتروني الماسح أن معظم الجسيمات كانت جسيمات كروية بقطر متوسط بلغ 36.12 + 4.52 نانومتر و 40.17-6.43 على التوالي لجسيمات أكسيد الزنك غير المحروق والمحروق. أكد تحليل الطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه وجود مجموعات وظيفية مختلفة مشاركة في تخفيض وتغليف جسيمات أكسيد الزنك أظهر مستخلص الرمث وجسيمات أكسيد الزنك نشاطا قويا مضادا للأكسدة ومضادا للالتهابات ووقائيا من الشمس، وقدمت نتائج جيدة في نشاط البروبيوتيك ل Bacillus pumilus أظهرت جسيمات أكسيد الزنك غير المحروق أعلى نشاط مضاد للسكري بقيمة 167.08-IC ميكروغرام مل لارتباط الغلوكوز بالهيموجلوبين و 38.67 ميكروغرام من التشبيط انزيم ألفا جلوكوزيداز. واتبعت جسيمات أكسيد الزنك المحروق بقيم ICs بلغت 176.51 ميكروغرام مل و 42.90 ميكروغرام مل على التوالي. كما أظهر مستخلص الرمث فعالية كبيرة بقيم IC بلغت 245.32 ميكروغرام مل و 61.08 ميكروغرام مل في كلا الاختبارين على التوالي بالإضافة إلى ذلك، أشارت النتائج إلى تفاعلات تلقائية بين جسيمات أكسيد الزنك والحمض النووي والالبومين البقري من خلال التفاعلات الكهروستاتيكية، مما انعكس في الثوابت K و AG أظهر مستخلص الرمث أعلى سمية خلوية. أظهرت جسيمات أكسيد الزنك غير المحروق والمحروق أيضا تقليلا فعالا لنسبة البقاء على قيد الحياة لخلايا السرطانية MCF7 أظهرت النتائج في الكائن الحي أن كريم مستخلص الرمث أعلى معدلات شفاء للجروح تلتها كريمات جسيمات أكسيد الزنك غير المحروق والمحروق كانت معدلات التحاليل الدموية والالتهاب أكثر ملائمة في المجموعات المعالجة. كما أكدت الدراسات النسيجية تحسنا في شفاء الجك، حيث أظهرت معالجات مستخلص الرمث وجسيمات أكسيد الزنك فعالية ملحوظة. ختمت هذه الدراسة بتقديم تقييم شامل للفوائد العلاجية لمستخلص الرمث جسيمات أكسيد الزنك غير المحروق والمحروق في شفاء الجروح، والسرطان، والأنشطة البيولوجية المختلفة تشير النتائج إلى إمكانية جديدة للعلاج النباتي والثانوي في التطبيقات الطبية.