مقایسه فعالیت آنتی ‌باکتریایی پانسمان های کامپوزیتی بیومتریال دارای استرپتومایسین-دیکلوفناک با پانسمان های زخم ضد‌میکروبی مبتنی بر بازرگانی نقره‌

Comparison of in vitro antibacterial activity of streptomycin-diclofenac loaded composite biomaterial dressings with commercial silver based antimicrobial wound dressings

چکیده
1- مقدمه
2- روش ها
2-1- مواد
2-2- تهیه پانسمان های پلیمری کامپوزیتی
2-3- آماده سازی نمونه های باکتریایی
2-4- حداقل غلظت مهارکنندگی (MIC) استرپتومایسین و دیکلوفناک
2-5- فعالیت ضد باکتریایی فیلم های ضد میکروبی، ویفرها، و پانسمان های تجاری نقره
2-6 آنالیز آماری
3-نتایج
3-1-حداقل غلظت مهارکنندگی استرپتومایسین و دیکلوفناک
3-2-فعالیت ضدمیکروبی استرپتومایسین خالص و شاهد دیکلوفناک
3-3- فعالیت ضدباکتریایی فیلم های پلی اوکس-کاراژینان (105*2 کلنی بر میلی‌لیتر)
3-4- فعالیت ضدباکتریایی فیلم‌های پلی اوکس-سدیم آلژینات ( 105*2 کلنی بر میلی‌لیتر)
3-5- فعالیت ضدباکتریایی ویفرهای پلی اوکس-کاراژینان و پلی اوکس-سدیم آلژینات ( 105*2 کلنی بر میلی‌لیتر)
3-6- اثر ضدمیکروبی پانسمان های تجاری زخم ( 105*2 کلنی بر میلی‌لیتر)
4- بحث
5-نتیجه‌گیری
منابع

چکیده

زخم‌های آلوده‌ی مزمن به آهستگی بهبود پیدا می‌کنند و نشان‌دهنده‌ی التهاب طولانی‌مدت، تشکیل بیوفیلم، مقاومت باکتریایی، ترشحات التهابی زیاد و فعالیت ضدمیکروبی ناکارآمد است. پانسمان‌های کامپوزیتی (فیلم‌ها و ویفرها) شامل پلی‌اوکس/کاراژینان (POL-CAR) و پلی‌اوکس/سدیم آلژینات (POL-SA)، حاوی دیکلوفناک (DLF) و استرپتومایسین (STP) فرموله شده و برای مقایسه‌ی فعالیت ضدمیکروبی علیه 105*2 سی اف یو بر میلی‌لیتر از اشریشیا کلی، سودوموناس آئروژینوزا و استافیلوکوکوس اورئوس که زخم‌های مزمن را نشان می‌دهند با پانسمان‌های نقره‌ی موجود در بازار استفاده شدند. حداقل غلظت مهاری (MIC) بیشترین مقدار را برای دیکلوفناک نسبت به استرپتومایسین به دلیل فعالیت ضدباکتریایی غیرمرسوم دیکلوفناک نشان داد. پانسمان‌های دیکلوفناک و استرپتومایسین بیشترین اثر را در برابر اشریشیا کلی، سودوموناس آئروژینوزا و استافیلوکوک اورئوس داشتند. پانسمان پلی‌اوکس-سدیم آلژینات بیشترین اثر را بر علیه این سه باکتری نسبت به پانسمان پلی‌اوکس-کاراژینان داشت، در حالیکه پانسمان‌های دیکلوفناک و استرپتومایسین فعالیت ضدباکتریایی قویتری نسبت به پانسمان‌های برپایه‌ی نقره نشان دادند. فیلم‌ها اثر ضدباکتریایی بیشتری نسبت به دو ویفر و پانسمان‌های نقره داشتند. دیکلوفناک و استرپتومایسین می‌توانند نه تنها به طور سینرژیک برای کشتن باکتری‌ها اقدام نمایند بلکه از تشکیل بیوفیلم و مقاومت آنها در مقایسه با پانسمان‌های نقره نیز ممانعت می‌کنند، ضمن اینکه التهاب مزمن مربوط به آلودگی را کاهش می‌دهند.

5- نتیجه‌گیری

به نظر می‌رسد پانسمان‌های پلیمری کامپوزیتی حاوی استرپتومایسین و دیکلوفناک اثر مهاری بالاتری را در برابر سه استرین باکتریایی در مقایسه با پانسمان‌های تجاری حاوی نقره نشان دادند. استرپتومایسین می‌تواند به کاهش آلودگی از طریق فعالیت‌های ضدمیکروبی و بالقوه به صورت سینرژیک با دیکلوفناک کمک کند، در حالیکه همچنین دیکلوفناک می‌تواند به دلیل فعالیت ضدالتهابی به کاهش تورم و درد مربوط به صدمه‌ کمک نماید. با این حال، این موارد نیازمند بررسی بیشتر در کشت‌های سلولی در محیط in vitro (برای زنده ماندن سلول و مهاجرت/تکثر سلولی) و در محیط in vivo جانوری هستند.

Abstract

Infected chronic wounds heal slowly, exhibiting prolonged inflammation, biofilm formation, bacterial resistance, high exudate and ineffectiveness of systemic antimicrobials. Composite dressings (films and wafers) comprising polyox/carrageenan (POL-CAR) and polyox/sodium alginate (POL-SA), loaded with diclofenac (DLF) and streptomycin (STP) were formulated and tested for antibacterial activity against 2 × 105 CFU/mL of Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus representing infected chronic wounds and compared with marketed silver dressings. Minimum inhibitory concentration (MIC) showed higher values for DLF than STP due to non-conventional antibacterial activity of DLF. The DLF and STP loaded dressings were highly effective against E. coli, P. aeruginosa and S. aureus. POL-SA dressings were more effective against the three types of bacteria compared to POL-CAR formulations, while the DLF and STP loaded dressings showed greater antibacterial activity than the silver-based dressings. The films, showed greater antibacterial efficacy than both wafers and silver dressings. STP and DLF can act synergistically not only to kill the bacteria but also prevent their resistance and biofilm formation compared to silver dressings, while reducing chronic inflammation associated with infection.

5- Conclusion

Composite polymer based dressings containing STP and DLF appear to show significantly higher inhibition of the three bacterial strains compared to silver containing commercial dressings. STP can help to reduce bacterial infection by its known antimicrobial action and potentially in synergy with DLF while the latter can also help to reduce the swelling and pain associated with injury due to its anti-inflammatory action. However, these will, require further investigations in an in vitro cell culture (for cell viability and cell migration/proliferation) and in vivo animal study

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مقایسه فعالیت آنتی ‌باکتریایی پانسمان های کامپوزیتی بیومتریال دارای استرپتومایسین-دیکلوفناک با پانسمان های زخم ضد‌میکروبی مبتنی بر تجاری نقره‌

Comparison of in vitro antibacterial activity of streptomycin-diclofenac loaded composite biomaterial dressings with commercial silver based antimicrobial wound dressings

قابلیت پروبیوتیک در مخمر: تنظیم متد غربالگری

Probiotic capability in yeasts: Set-up of a screening method

چکیده

نکات مهم

1- مقدمه

2- مواد و روش ها

2-1 نمونه های مخمر ها

2-2 اجرا کردن روش

2-3 کاربرد ها

2-4 تحلیل های آماری

2-4-1 ساز و کار آزمایش

2-4-2 کاربرد ها

3- نتایج و مباحث

3-1 آماده کردن شرایط آزمایش

3-2 کاربرد ها

4- نتایج

چکیده

مکمل های پروبیوتیک میکروبی امروزه برای بهبود سلامت و تندرستی افراد مورد استفاده قرار می گیرد. برای ارزیابی این توانایی ( مقاومت نسبت به شرایط گوارشی، توانایی تجمع خودکار، اب گریز بودن سطحی در سلول ها و یا توانایی ایجاد کردن لایه های زیستی) ، ما باید بعضی از پارامتر های جنبش شناسی این مواد را بررسی کنیم. هدف این مطالعه، ایجاد کردن یک روش مناسب برای مطالعه کردن پتانسیل پروبیوتیک ساکارومایز و نمونه های غیر ساکارومایز است که از اکوسیستم های غذایی تفکیک شده اند. یک پروتکل جدید در این قسمت بر اساس پارامتر های جنبش شناسی ایجاد شده است : فاز تاخیر (A ) ، زمان تولید (G) و بیشترین OD ( ODmax). طراحی این پروتکل با استفاده از یک روش گام به گام ( تا 10 پروتکل) انجام شده است و تمرکز اصلی آن نیز بر روی انتخاب کردن شرایط کنترل و شرایط شبیه سازی معده و روده بوده است. هر کدام از تصمیم گیری ها در این قسمت مبتنی بر ارزیابی ها آماری عوامل مختلف و نتایج آن ها می باشد. یکی از پویش های اولیه در این زمینه نشان می دهد که این پروتکل برای ارزیابی شرایط بیان شده کافی ، سریع و با قابلیت تولید مجدد نتایج می باشد و در این مدل نشان داده شده است که پروبیوتیک های ساکارومایز نسبت به موارد غیر ساکارومایز، توانایی مقاومت بیشتری دارند. S بولاردی ( نمونه ی کنترل تجاری) ، یکی از مخمر هایی بود که شرایط خوبی از نظر ارزیابی نداشت. ازین رو، مرتبط ترین نتایج این کار، ایجاد کردن یک روش جدید برای مطالعه کردن نرخ نجات یا مقاومت این مخمر ها در روده بر اساس تحلیل های آماری پیچیده ی نتایج و شان دادن ویژگی های پروبیوتیک در مخمر های ساکارومایز در مقایسه با مخمر های غیر ساکارومایز می باشد.

4. نتایج
طراحی پروتکل های آزمایشی یک روند پیچیده می باشد که شامل انتخاب کردن شرایط آزمایش، استفاده از آمار و اعتبار سنجی می باشد. در این مقاله، طراحی با استفاده از یک روش گام به گام انجام شده است و تمرکز آن بر روی کنترل های مثبت و منفی و انتخاب شرایط برای شبیه سازی معده و روده و ارزیابی نهایی ان می باشد.
به عنوان نمونه های کنترل مثبت و منفی، نمونه ی ساکارومایز سرویسیا 3 و T دلبروکی 1567 انتخاب شدند که به دلیل عملکرد و جنبش شناسی رشد آن ها بود. به علاوه، نمونه ی 24 نیز در این قسمت به عنوان گروه کنترل در نظر گرفته شد که این موضوع به دلیل این بود که این نمونه یک مخمر تجاری پروبیوتیک می باشد.
شرایط شبیه سازی معده و روده مبتنی بر پروتکل های زیر می باشد : اولین گام با شرایط ایستا برای سه ساعت در pH 2 و دمای 37 درجه در حضور پپسین ؛ گام دوم ارزیابی میزان رشد در حضور نمک های طحال و پانکراتین به مدت 22 ساعت در pH 8 و دمای 37 درجه برای شبیه سازی کردن روده بود ( پروتکل 10).

Abstract

Microbial probiotic supplements are used to improve the health and wellness of people. For checking this ability (resistance to gastrointestinal conditions, auto-aggregation, cell surface hydrophobicity or biofilm formation abilities), it is crucial to evaluate some kinetics parameters. The objective of the present study was to establish an adequate method for studying the probiotic potential of Saccharomyces and non-Saccharomyces strains isolated from food ecosystems. A new protocol was designed based on kinetics parameters: lag phase (λ), generation time (G) and maximum OD (ODmax). The design was done using a step-by-step approach (up to 10 protocols), focusing on the choice of controls and the conditions to simulate the stomach and intestine. Each decision was made based on multifactorial statistical assay results. A preliminary screening indicates that protocol is adequate, quick and reproducible and that S. cerevisiae strains are more resistant than non-Saccharomyces ones. S. boulardii, (commercial control), was not one of the best yeasts evaluated. Thus, the most relevant results of the work are the setup of a new method for studying the survival/resistance of yeasts to the transit into the gut based on a complex statistical analysis of results and to mark the probiotic character in Saccharomyces yeasts versus non-Saccharomyces.

4. Conclusions

The design of laboratory protocol is a complex process, involving the choice of lab conditions, the use of statistics, and validation. In this paper, the design was done using a step-by-step approach, focusing on the positive and negative controls, on the choice of the conditions to simulate the stomach and intestine, and a final validation.

As positive and negative controls, S. cerevisiae strain 3 and T. delbrueckii strain 1567 were chosen because of their performances and growth kinetic. In addition, strain 24 was also taken as a control due to it being a commercial probiotic yeast.

The simulation conditions of the stomach and intestine were based on the following protocol: a first step with static conditions for 3 h. at pH 2 and 37°C in the presence of pepsin; and a second step which was a growth assay in the presence of bile salts and pancreatin for 22 h. at pH 8 and 37°C to simulate the intestine (protocol 10).

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

قابلیت پروبیوتیک در مخمر: تنظیم متد غربالگری

Probiotic capability in yeasts: Set-up of a screening method

بهبودی موشهای مبتلا به سندرم تخمدان پلی کیستیک توسط کوئرستین با مقاومت به انسولین و بیان ژنهای GLUT4 رحمی و Era

Amelioration by quercetin of insulin resistance and uterine GLUT4 and ERa gene expression in rats with polycystic ovary syndrome (PCOS)

چکیده

مقدمه

موضوعات و روشها

جانوران

ارزیابی بروز IR

مورفولوژی تخمدانی در موشها

آزمایش مختص فعالیت GK و HK در کبد

تحلیل‌های آماری

نتایج

تأثیر PCOS و Q بر مورفولوژی تخمدانی

تأثیر PCOS و Q بر وزن بدن و میزان قند خون و انسولین ناشتا

فعالیت ویژه HK و GK در کبد

بیان ژنهای GLUT4 رحمی و Er

بحث

نتیجه گیری

منابع

چکیده

مقاومت به انسولین (IR)و ناباروری دو عارضه مهم سندرم تخمدان پلی کیستیک (PCOS) هستند که در نتیجۀ تغییر در بخشهای خاصی از سیستم تولید مثل و متابولیکی بوجود می‌آیند. هدف ما مشاهده تأثیر کوئرستین بر PCOS ناشی از دی هیدرو اپی آندروسترون (DHEA) و مقاومت به انسولین در موشها بود. همه حیوانات به پنج گروه تقسیم شدند و از DHEA برای ایجاد PCOS استفاده شد. وزن بدن و مورفولوژی تخمدانی در همه گروهها ثبت گردید. میزان قند خون و انسولین بطور ناشتا مورد بررسی قرار گرفت. از روش ارزیابی مدل هوموستاز مقاومت انسولین (HOMA-IR) برای تعیین سطح IR استفاده شد. بیان گیرنده استروژن  (ER) و ژنهای حامل شمارۀ ۴ گلوکز در رحم توسط واکنش زنجیره‌ای پلیمراز در زمان واقعی مورد بررسی قرار گرفت. فعالیت هگزوکیناز کبد (HK) و گلوکوکیناز (GK) با استفاده از اسپکتروفتومتری تعیین شد. کوئرستین به طور قابل توجهی حالت IR را در موشهای PCOS بهبود بخشید. PCOS منجر به کاهش در GK کبد و افزایش در فعالیت ویژه HK در کبد شد، در جاییکه کوئرستین هم فعالیت GK و هم HK کبد را افزایش داد. داده‌های ما کاهش قابل توجهی را در ERAS رحم و بیان GLUT4 در گروه PCOS نشان داد، که توسط کوئرستین افزایش یافته بود. یکی از اثرات قابل توجه کوئرستین، کاهش شدید PCOS-IR، و القای قابل توجه بیان ژن GLUT4  رحمی و ER بود؛ بنابراین، این می‌تواند درمان موثری برای PCOS و عوارض آن،IR  و ناباروری باشد. 

نتیجه گیری

در خاتمه، داده‌های ما نشان می‌دهند که کوئرستین اثر محافظ و تقویت کننده‌ای در PCOS دارد و این نتایج یک موفقیت واقعی را در درمان PCOS در پیشگیری از دیابت و افزایش باروری نشان می‌دهند. مزیت قابل توجه استفاده از کوئرستین، کاهش شدید IR و القاء بیان GLUT4 و ERa بود که در مطالعات ژنی و همچنین افزایش فولیکول زایی در تخمدان‌ها کاملاً آشکار بود. نتایج ما همچنین کاهش فعالیت  GK و افزایش فعالیت  HKرا در کبد نشان داد. اثر بهبودبخش کوئرستین، فعالیت ویژه این آنزیمها را در کبد بهبود بخشید. 

Abstract

Insulin resistance (IR) and infertility are two major complications of polycystic ovary syndrome (PCOS), which are the results of changes in certain parts of the reproductive and metabolic systems. We aimed to observe the effect of quercetin on dehydroepiandrosterone (DHEA)-induced PCOS and insulin resistance in rats. All animals were divided into five groups and DHEA was used to induce PCOS. Bodyweight and ovarian morphology of all groups were observed. Fasting blood glucose and insulin levels were analysed. The homeostasis model assessment of insulin resistance (HOMA-IR) method was used for IR level determination. The expression of oestrogen receptor a (ERa) and glucose transporter 4 (GLUT4) genesin the uterus was examined by real-time polymerase chain reaction. Liver hexokinase (HK) and glucokinase (GK) activity was determined using spectrophotometry. Quercetin significantly improved the IR state in PCOS rats. PCOS resulted in a decrease in liver GK and an increase in liver HK specific activity, whereas quercetin increased both liver HK and GK activity. Our data also showed a significant reduction in uterine ERa and GLUT4 expression in the PCOS group, which was increased by quercetin. A remarkable effect of quercetin was the intensive reduction of PCOS-IR and significant induction of uterine GLUT4 and ERa gene expression; it could thus be a possible effective treatment for PCOS and its complications, IR and infertility.

Conclusion

In conclusion, our data suggest that quercetin has a strengthening protective effect in PCOS and the results represent an actual success in PCOS therapy in both diabetes prevention and increasing fertility. A remarkable advantage of quercetin usage was the sharp reduction in IR and induction of GLUT4 and ERa expression, which was evident in gene studies, as well as the increase of folliculogenesis in the ovaries. Our results also showed a decrease in liver GK activity and an increase in HK activity. The ameliorative effect of quercetin improved the specific activity of these liver enzymes.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بهبودی موشهای مبتلا به سندرم تخمدان پلی کیستیک توسط کوئرستین با مقاومت به انسولین و بیان ژنهای GLUT4 رحمی و Era

Amelioration by quercetin of insulin resistance and uterine GLUT4 and ERa gene expression in rats with polycystic ovary syndrome (PCOS)

توسعه روستایی و حفاظت از محیط زیست از طریق استفاده از کودهای زیستی در کشاورزی: گزینه ای برای کشورهای توسعه نیافته؟

Rural development and environmental protection through the use of biofertilizers in agriculture: An alternative for underdeveloped countries?

چکیده

1. مقدمه

2. توسعه اقتصادی و کشاورزی در کشورهای توسعه نیافته

3. کشاورزی، تکنولوژی و حفاظت زیست محیطی برای توسعه روستایی در کشورهای توسعه نیافته

4. مطالعه شرکتی که کودهای زیستی را بعنوان فرآیندهای ارتباطی درونزا تولید می کند

5. تحلیل نتایج

6. بحث و نتیجه گیری

چکیده

حرکت اقتصادی برخاسته از تولید و استفاده از دانش درونزای کشورهای توسعه نیافته یک عامل اساسی برای دستیابی به رفاه اجتماعی است. بنابراین، درک علم و فناوری در این کشورها مهم است، چگونه کاربرد توسعه می-تواند مشکلات موجود در کشاورزی و نیازهایی غذایی را نشان دهد، و چگونه توسعه می تواند گزینه های پایدار را برای رشد و بهینه سازی پیشنهاد دهد. بعلاوه، بسیاری از کشاورزان در کشورهای توسعه نیافته در حال کاشت محصولات بر اساس محصولات بیوتکنولوژی هستند که از لحاظ اینکه چگونه این فعالیتها بر روی توسعه زندگیشان تاثیرگذار است حائز اهمیت می باشد، مخصوصا با توجه به سیاستهای به کار گرفته شده در مناطق کشاورزی. این مقاله یک مطالعه اکتشافی بر روی فهم تولیدکنندگان روستایی و تاثیر کودهای زیستی بر روی محیط زیست و زندگی آنها می باشد. این تحقیق بر اساس مطالعه تولیدکنندگان روستایی ایالت مورلوس در مکزیک است که از کودهای زیستی تولید شده از فناوری درون زا استفاده می کنند؛ برای مثال شامل کارگران خصوصی و مراکز تحقیقاتی دولتی است. نتایج به درک این کشاورزان و نیز چالشها و فرصتهایی که مناطق روستایی با آن روبرو می-شوند و ارتباطات بین مشارکت کسب و کار، آموزش و برنامه ریزی و مدیریت با توجه به مدیریت این نوآوریها کمک می کند.

1. مقدمه

از زمانهای باستان از بیوتکنولوژی برای رسیدگی به نیازهای جمعیت استفاده شده است. بیوتکنولوژی بعنوان علمی که راه حلهای تکنولوژیکی را از موجودات زنده، سیستم ها و فرآیندهای مربوط به آنها پیشنهاد می دهد و یک صنعت کامل را در حوزه هایی مانند غذا، کشاورزی و سلامت ایجاد می کند و در آن استفاده از تکنولوژیهای به کار گرفته شده با هر کاربردی دارای اهمیت است تعرف می شود. چنین راه حلهایی مربوط به روشهایی است که از فرآیندهای تخمیر برای یکپارچه سازی تکنولوژی DNA نوترکیب استفاده می کنند. 

6. بحث و نتیجه گیری

نتایج مثبت بود و نشان می دهد که کودهای زیستی به بهره وری زمین، کاهش اثر زیست محیطی و بهبود توسعه اجتماعی کمک می کند. بطور کلی مشاده شد که درک اثر کودهای زیستی بر روی محیط زیست و زندگی کشاورزان بطور مطلوبی پذیرفته شده بود. با این حال درست است که تولیدکنندگان با تحصیلات بیشتر و منابع مالی و فنی بزرگتر قادر به استفاده از سودهای حاصل از این بیوتکنولوژی در یک روند جامع تر هستند. بنابراین فقدان مهارتهای فنی و مشخصات شرایط اقتصادی محیط روستایی اکثر تولیدکنندگان را در استفاده از این تکنولوژی جدید محدود می کند.

Abstract

Economic momentum of underdeveloped countries derived from the generation and application of their endogenous knowledge is an essential factor toward achieving social welfare. Thus, it is important to understand the development of science and technology within these underdeveloped countries, how the application of that development can address problems in agriculture and food needs, and how that development can offer sustainable options for growth and optimization. In addition, many small farmers in underdeveloped countries are already planting crops based on biotechnological products, which is significant in terms of how these activities influence the development of their lives, particularly with respect to the generation of policies aimed at farming areas. This paper is an exploratory study on the perceptions of peasant producers of the effects of biofertilizers on their environment and their lives. This research is based on a study of peasant producers of the State of Morelos, Mexico, who use biofertilizers produced from endogenous technological assets, i.e., that involve private actors and public research centers. The results facilitate understanding the perceptions of these peasants in addition to the challenges and opportunities that rural areas face and the connections between the involvement of business, academia and government in planning and administration with respect to the management of these innovations.

1. Introduction

Since ancient times, biotechnology has been used to attend the needs of the population. Biotechnology is defined as a science that offers technological solutions from biological organisms, systems and processes related to them, which creates a whole industry in areas such as food, agriculture, and health, among others, and in which the use of technologies employed varies from one application to another in an important manner. Such solutions relate to techniques that go from using fermentation processes to integrating recombinant DNA technology [1e3].

6. Discussion and conclusions

The results were positive, which indicate that biofertilizers contribute to improved land productivity, decreased environmental impact and improved social development. It was generally observed that the perception of the effect of biofertilizers on the environment and on the lives of farmers was favorably accepted. However, it is also true that those producers with more education and greater technical and financial resources have been able to use the benefits derived from this biotechnology in a more comprehensive manner. Therefore, the lack of technical skills and the economic conditions characteristic of the rural environment limit the majority of peasant producers in their use of these new technological options.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

توسعه روستایی و حفاظت از محیط زیست از طریق استفاده از کودهای زیستی در کشاورزی: گزینه ای برای کشورهای توسعه نیافته؟

Rural development and environmental protection through the use of biofertilizers in agriculture: An alternative for underdeveloped countries?

پلتفرم کشت سلولی مبتنی بر کاغذ و برنامه های کاربردی زیست پزشکی در حال ظهور

Paper-based cell culture platform and its emerging biomedical applications

مقدمه

ایجاد تغییر در کاغذ برای کشت سلولی

تغییر خصوصیات شیمیایی کاغذ برای کشت سلولی

ایجاد تغییر در خصوصیات فیزیکی کاغذ برای کاشت سلولی

سطوح کشت سلولی کاغذ محور موجود

کاربردهای پلتفرم کشت سلولی کاغذی

کشت سلولی کاغذ محور به‌عنوان مدل‌های بیماری

پلتفرم کشت سلولی کاغذی برای غربالگری دارویی

پلتفرم کاغذی برای انجماد سلولی

نتیجه‌گیری و دیدگاه‌های آتی

کاغذ در حال حاضر توجه زیادی را به‌عنوان یک‌لایه‌ی فرعی برای کاربردهای زیست پزشکی به خود جلب کرده است. به‌واسطه‌ی ایجاد تغییراتی در خصوصیات فیزیکی و شیمایی آن، کاغذ می‌تواند به‌عنوان یک جایگزین برای لایه‌های فرعی بافت‌های سلولی مرسوم مورداستفاده قرار گیرد. با توجه به اینکه این عامل می‌تواند در یک ساختار 3 بُعدی (3D) قرار گیرد، می‌تواند به‌طور مناسب‌تر و بهتری محیط‌های خُرد سلولی در شرایط طبیعی را شبیه‌سازی نماید. کاغذ می‌تواند توان بالقوه‌ی بالایی به‌عنوان سطح کشت سه‌بعدی سلولی برای توسعه‌ی مدل‌های مرسوم و دارای بیماری مورداستفاده قرار گیرد. این سطح و پلتفرم می‌تواند کنترل دقیق و مشخصی بر روی ترکیب ماتریس خارج سلولی (ECM) ارائه دهد و همچنین می‌تواند به توزیع سلولی و تحلیل دقیق از تعاملات بین سلولی نیز کمک کند. سطوح کاغذی می‌توانند برای تحقیقات مرتبط با پاتوفیزیولوژیک و مداخلات درمانی مورداستفاده قرار گیرند. در این مقاله، ما در وهله‌ی اول به بررسی تغییرات خصوصیات فیزیکی و شیمایی کاغذ به‌منظور توسعه‌ی سطوح کشت 2 و 3 بُعدی مبادرت می‌ورزیم. در گام بعدی کارکردهای سطوح کشت سلولی کاغذی را برای مدل‌های بیمار در حالت طبیعی، غربال‌گری دارویی و کاربردهای سرماداری سلولی موردبررسی و تجزیه‌وتحلیل قرار می‌دهیم. به‌واسطه‌ی مزیت‌های مختلف سطوح کشت سلولی کاغذی مانند سازگاری زیستی، دوستدار طبیعت بدن، به‌صرفه بودن و سهولت در تولید بزرگ‌مقیاس، ما بر این باور هستیم که این عوامل می‌توانند نقش بسیار مهم را درزمینه‌ی زیست پزشکی بازی کنند.

1- مقدمه

کاغذ به‌عنوان یکی از کهن‌ترین اختراعات، منجر به تغییرات شگرفی در زندگی انسان‌ها در طول تاریخ شده است. در مصریان، یونیان و رومیان باستان، “پاپیروس” (مواد کاغذ مانند) برای ثبت سوابق مورداستفاده قرار می‌گرفتند درحالی‌که کاغذ امروزی که از فیبرهای سلولوزی تشکیل‌شده است که به‌واسطه‌ی ترکیب‌های هیدروژنی در کنار هم قرار می‌گیرند در چین باستان اختراع‌شده و مورداستفاده قرار گرفتند. از آن زمان به بعد، کاغذ در طیف گسترده‌ای از عوامل و موارد مورداستفاده قرار گرفت که در زمینه‌ی‌ لایه‌های می‌توان به فرعی به‌عنوان محصولات بهداشتی، بسته‌بندی و همچنین وجوه نقد و پول‌ها اشاره نمود. اخیراً با توسعه‌ها و پیشرفت‌های قابل‌توجه درزمینه‌ی زیست‌فناوری، کاغذ به‌عنوان زیر لایه‌ها برای کاربردهای زیست پزشکی مختلفی مورداستفاده قرار می‌گیرند که دراین‌بین می‌توان به تولید کاغذهای آزمایش ارزان و قابل بازیافت در کاربردهای سلامتی، صفحات الکترونیکی منعطف، حسگرهای زیستی کاغذی و سطوح کشت سلولی کاغذی اشاره داشت. این کاربردها و استفاده‌های مختلف می‌توانند همسو با خصوصیات جالب‌توجه داخلی آن مانند سازگاری زیستی، سهولت در تغییرات شیمایی و فیزیکی، ارزان بودن، دوستدار محیط‌زیست بودن و سهولت در فرایندهای تولیدی بزرگ‌مقیاس اشاره داشت.

نتیجه‌گیری و دیدگاه‌های آتی

کاغذ به‌عنوان یک‌لایه‌ی کشت سلولی در حال ظهور توانسته است توان بالقوه‌ای در زمینه‌ی توسعه‌ی پلتفرم‌های کشت سلولی دو بعدی و سه بعدی ارائه دهد، هرچند تغییرات در خصوصیات شیمیایی و فیزیکی آن موردنیاز هستند. برای مثال، کاغذ باید با برخی از گروه‌های شیمایی مفید روکش شود تا بتواند محیط‌های مناسبی برای اتصال سلولی و یا سختی سطحی به دست آورد تا رشد سلولی بهتری صورت گیرد. کشت‌های سلولی سه بعدی موجود بر اساس هیدروژل و بست های متخلخل اغلب با توجه به ابعاد ساختاری به‌صورت یکسان نیستند و نمی‌توانند اطلاعاتی در مورد سلول‌ها در محیط‌های مختلف درون یک ساختار سه بعدی مشخص ارائه دهند و این انزوای فیزیکی سلول‌ها از دیگر محیط‌های ساختار سه بعدی قبل از نشانه‌گذاری و خصوصیات بیوشیمیایی نیاز هستند. در ضمن، پلتفرم‌های کشت سلولی کاغذ محور که در بسیاری از کاربردهای بیوشیمیایی دیده می‌شوند می‌توانند بیان‌کننده‌ی نتایج بسیار خوبی باشند. برای مثال، سامانه‌ی GiGiP می‌تواند به‌طور بهتری شرایط طبیعی میکرو ساختار را شبیه‌سازی کند تا بتواند مدل‌های سه بعدی نرمال و بیماری ارائه دهد مانند مدل‌های بیماری ایسکمیک.

Paper has recently attracted increasing attention as a substrate for various biomedical applications. By modifying its physical and chemical properties, paper can be used as an alternative to conventional cell culture substrates. Because it can be stacked into a three-dimensional (3D) structure, which can better mimic the in vivo cell microenvironment. Paper has shown great potential as a 3D cell culture platform for developing normal and diseased models. This platform gives precise control over extracellular matrix (ECM) composition as well as cell distribution and precise analysis of the interactions between cells. Paper-based platforms have been applied for pathophysiological studies and therapeutic intervention studies. In this paper, we first discuss the modifications of the physical and chemical properties of paper to develop various 2D and 3D cell culture platforms. We then review the applications of paper-based cell culture platforms for the construction of in vitro disease models, drug screening, and cell cryopreservation applications. Because of its advantages such as biocompatibility, eco-friendliness, cost efficiency, and ease of large-scale production, we believe that paper-based cell culture platforms would play an important role in the fields of biomedicine. 

Introduction

Paper, as one of the most ancient inventions, has led to tremendous changes to human beings along the history. In ancient Egyptians, Greek, and Romans, ‘papyruses’ (paper-like materials) were used to record information, while the modern paper that is composed of cellulose fibers held by hydrogen bonds was invented and used in ancient China. Ever since its invention, paper has been used in a wide range of fields, from the original writing substrates to sanitary products, packaging, and even bank notes (cash). Recently, with the significant advances in biotechnology, paper has been applied as substrates to a variety of biomedical applications, such as the production of low-cost and disposable analytical test papers in healthcare applications [1–3], flexible electronics [4,5], paper-based biosensors [6–8], and most recently, cell culture platforms [9–14]. This is mostly attributed to its attractive intrinsic properties, such as biocompatibility, ease of chemical and physical modifications, cost efficiency, eco-friendliness, and ease of largescale manufacturing. 

Conclusion and future perspectives

Paper has emerged as a promising cell culture substrate that could offer high potentials in developing 2D and 3D cell culture platforms, although modifications of its chemical and physical properties are required. For instance, paper needs to be coated with some beneficial chemical groups to provide binding sites for cell attachment or its surface roughness and stiffness can be adjusted to allow a better cell growth. Existing 3D cell cultures based on hydrogel and porous scaffold are mostly nonuniform in dimension, failing to provide information about cells in different areas within a single 3D construct, and this physical isolation of cells from different regions of the 3D construct are needed before staining and biochemical characterization [10,90]. Meanwhile, paper-based cell culture platforms that have been used in many biomedical applications show better results. For example, the CiGiP system can better mimic condition of in vivo microenvironment to create 3D normal or diseased tissue models, such as ischemic diseased models[9–12].

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

پلتفرم کشت سلولی مبتنی بر کاغذ و برنامه های کاربردی زیست پزشکی در حال ظهور

Paper-based cell culture platform and its emerging biomedical applications

ریز پوشینه سازی باکتری: مروری بر تکنولوژی های متنوع و اثر آنها بر اثرات پروبیوتیکی

Microencapsulation of bacteria: A review of different technologies and their impact on the probiotic effect

خلاصه

توجه

1- مقدمه

2- تکنیک های به کار رفته در جهت میکروکپسوله نمودن پروبیوتیک¬ها

2-1- روش پراکنش

آلژینات

پروتئین وی

پکتین

شیر

شبه کلاژن انسانی

2-2 تکنیک امولسیون

کاراگینان و ترکیبات آن

سدیم کربوکسی متیل سلولز

سلولز استات فتالات (CAP)

آلژینات و ترکیبات آن

کیتوزان

ژلاتین

پروتئین نخود

2-3- بستر سیال

2-4- کپسوله کردن پروتئین ژل شده با رنت

2-5- خشک کردن انجمادی

2-6- خشک کردن پاششی

2-7- فناوری برخورد آئروسل

2-10- الکتروریسی

3- پروبیوتیک های کپسوله شده در ماتریکس های غذایی

4- مطالعه اثرات باکتری های میکروکپسوله بر برخی پاتولوژی ها

5- نتیجه گیری

6- تشکر و قدر دانی

منابع

چکیده

محصولات پروبیوتیکی فواید بسیاری برای سلامتی دارند. هرچند مشکل اصلی در استفاده از این میکروارگانیسم ها، بقای کم آنها در محصولات غذایی و دستگاه گوارش می باشد. تهیه پروبیوتیک هایی با عایق فیزیکی رویکرد موثری برای محافظت میکروارگانیسم ها و انتقال آنها به محیط روده می باشد. مطابق دیدگاه گروه حاضر استفاده از میکروکپسوله کردن یکی از موثرترین روش ها بوده و تحت بررسی و توجه ویژه ای بوده است. هر چند که هنوز چالش های بسیاری در فرایند کپسوله کردن وجود درد که بایستی حل شود. مطالعه مروری حاضر بر رویکردهای کپسوله کردن پروبیوتیک شامل مواد به کار رفته و نتایج بدست آمده از استفاده پروبیوتیک در ماتریکس های غذایی و پاتولوژی های مختلف در مدل های حیوانی متمرکز شده است.

5- نتیجه گیری

میکروکپسوله کردن ثابت شده است که یکی از موثرترین روش های حفظ زنده مانی و پایداری پروبیوتیک ها می باشد. به دلیل اینکه از پروبیوتیک ها حین پردازش غذا و ذخیره سازی و همچنین در شرایط معده محافظت می کند. در کنار پلی ساکاریدها که به طور معمول به عنوان ماتریکس در میکروکپسوله کرده استفاده می شود، مواد جدیدی تست شده و فناوری های جدیدی مانند الکتروریسی توسعه یافته اند. هرچند نیاز به توسعه فناوری یا تجهیزاتی وجود دارد که ذرات یک شکلی برای کاربردهای صنعتی تولید کند. تحقیقات بیشتر همچنین نیاز است که انجام شود تا سویه باکتریایی و ماتریکس ناقل مناسبی پیدا شود. هزینه های اضافه ناشی از میکروکپسوله کردن بایستی سنجیده شود، بنابراین آنها می توانند به حداقل رسانده شوند. صرفه جویی در هزینه می تواند از فناوری های ارزانتر، مواد باکتریایی زائد کمتر و اثر سلامتی بهتر محصول، به دست آید. با این حال، تحقیقات در واقع بر گسترش استفاده از پروبیوتیک های کپسوله در ماتریکس های غذایی مختلف متمرکز شده است. علاوه بر این، تنها چند مطالعه in vivo برای بررسی اثرات مفید پروبیوتیک های کپسوله انجام شده است. اگرچه این مطالعات نشان دهنده نتایج امیدوارکننده ای می باشد، با این حال این مطالعات تنها در حیوانات انجام شده است. کارآزمایی های بالینی شامل تعداد بالای بیماران ضروری است تا به شواهد قطعی نقش پیش گیری کننده و درمانی پروبیوتیک های کپسوله شده در کاربردهای پزشکی پی برده شود. اطلاعات در مورد فرمولاسیون صحیح در مورد مقدار باکتری و زنده مانی و همچنین قابلیت این میکروارگانیسم ها برای تشکیل کلونی در جایگاه سلولی ضروری می باشد.

Abstract

Probiotic based products are associated with many health benefits. However, the main problem is the low survival of these microorganisms in food products and in gastrointestinal tract. Providing probiotics with a physical barrier is an efficient approach to protect microorganisms and to deliver them into the gut. In our opinion, microencapsulation is one of the most efficient methods, and has been under especial consideration and investigation. However, there are still many challenges to overcome with respect to the microencapsulation process. This review focuses mainly on the methodological approach of probiotic encapsulation including materials and results obtained using encapsulated probiotic in food matrices and different pathologies in animal models.

5- Conclusion

Microencapsulation has been proved to be one of the most efficient methods for maintaining viability and stability of probiotics, as it protects probiotic during food processing and storage, as well as in gastric conditions. Besides the polysaccharides traditionally used as a matrix in microencapsulation, new materials are being tested and new technologies are developed such as electrospinning. However there is a need to develop new technologies or equipments that produce uniform particles for industrial applications. Further researches also have to be carried out to find appropriate carrier matrices, and bacterial strains. The extra costs incurred by microencapsulation have to be estimated so that they can be minimized. Cost savings can be derived from easier technologies, lower waste of bacterial material and better health impact of the product. Nevertheless, the research is actually focus on expanding the use of encapsulated probiotic in different food matrices. In addition, only a few in-vivo studies have been carried out to test the beneficial effect of encapsulated probiotics. Although these studies show promising results, they have only been carried out in animals. Clinical trials, involving large numbers of patients, will be mandatory to achieve definite evidence of the preventive and curative role of encapsulated probiotics in medical practice. Information about correct formulations in terms of amount of bacteria and viability and also the capability of these microorganisms to colonize their niche will be required. It is needed to standardize the administration schedule and to achieve homogeneous and comparable results.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ریز پوشینه سازی باکتری: مروری بر تکنولوژی های متنوع و اثر آنها بر اثرات پروبیوتیکی

Microencapsulation of bacteria: A review of different technologies and their impact on the probiotic effect

بهینه سازی پوشش هوایی در مدیریت کشاورزی دقیق: رویکرد الهام گرفته از هارمونی موسیقی

Aerial coverage optimization in precision agriculture management: A musical harmony inspired approach

Abstract

The coverage path planning (CPP) problem belongs to a sub-field of motion planning where the goal is to compute a complete coverage trajectory from initial to final position, within the robot workspace subjected to a set of restrictions. This problem has a complexity NP-complete, and has no general solution. Moreover, there are very few studies addressing this problem applied to aerial vehicles. Previous studies point out that the variable of interest to be optimized is the number of turns. Thus, by minimizing the number of turns, it can be ensured that the mission time is likewise minimized. In this paper, an approach to optimize this cost variable is proposed. This approach uses a quite novel algorithm called Harmony Search (HS). HS is a meta-heuristic algorithm based on jazz musician’s improvisation through a pleasant harmony. Finally, the results achieved with this technique are compared with the results obtained with the previous approach found in the literature.

1 Introduction

Coverage path planning problem is the computation of a path that passes through all the required points in the workspace from a starting point to a final point. This problem has been mostly addressed to Unmanned Ground Vehicles (UGVs) applied in cleaning, farming, de-mining, etc. The

problem of covering a determinate area with an Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is directly related to the aforementioned problem. However, the aerial coverage path planning (CPP) problem is subjected to harder restrictions. Typically, UAV’s have limited working cycles compared with ground robots (i.e. the mission time has to be carefully optimized). Furthermore, they are not able to take off or land in random places (initial and final positions are usually pre-defined).

Depending on the application, the problem restrictions can slightly change. Herein, the problem of covering a wide area with an irregular shape is considered for mosaicking purpose. Mosaicking is the technique of mapping an overall area by stitching a set of geo-referenced images acquired. In order to achieve this objective with an UAV, the workspace is sampled by using a regular grid (kind of Sukarev grid), where each cell corresponds to an image sample. Then, a complete coverage trajectory must be generated ensuring that no points are revisited, taking into account pre-defined take off and landing positions, a required minimum number of turns. In this way, the coverage time is minimized.

The study case presented is based on a vineyard parcel (see Fig. 1), since irregular shape fields are more challenging for addressing the related problem. Mosaicking procedures can be applied in vineyards parcels for weeding, frost monitoring, fruit maturity, as well as for measuring other biophysical parameters of interest.

The organization of the paper is as follows: After this brief introduction, Section 2 reviews some related works. Section 3 introduces the HS algorithm and shows how the CPP problem is addressed by employing this optimization technique. Section 4 presents the results obtained and makes a comparison with other techniques. Finally, Section 5 provides the concluding remarks of this work.

مقاومت ضدمیکروبی دارو برای باکتری Staphylococcus aureus (نوعی باکتری کروی) در محصولات لبنی

Antimicrobial drug resistance of Staphylococcus aureus in dairy products

چکیده
1- مقدمه
2- مواد و روش ها
2-1- جمیعت مطالعه و مجموعه نمونه
2-2- آزمایشات باکتری شناسی
2-3 آزمایش حساسیت آنتی بیوتیکی
2-4 تحلیل اماری
3- نتایج
3-1- جداسازی و مشخص سازی بیوشیمی S- aureus
3-2- آسیب پذیری جدا شده های S- aureus
4- بررسی
بیانیه تضاد منافع

چکیده
هدف: ارزشیابی شیوع Staphylococcus aureus مقاوم چنددارویی (S.aureus) در محصولات لبنی

روش ها: جداسازی و شناسایی S.aureus در 3 محصولات غذایی لبنی انجام شد. جداسازی ها برای استعداد در آسیب پذیری برای 5 داروی ضدمیکروبی رایج مختلف آزمایش شد.

نتایج: برای 50 نمونه آزمایش شده، 5 (10 درصد) با S.aureus در معرض آلودکی قرار گرفت. متعاقباً 5 جداسازی تحت الگوی مقاومت ضدمیکروبی با استفاده از 5 قرص آنتی بیوتیک قرار گرفت (متاسیلین، وانکومیسین, کانامیسین، کلروفنیکول و تتراسیلین). 29 نمونه مقاومت متی سیلین و وانکومیسین را نشان داد. 18 نمونه پاسخ میانه ای را برای تتراسیلین نشان داد. دیگر نمونه ها برای تمام انتی بیوتیک های آزمایش شده مورد تردید بودند.

نتیجه گیری: نتایج داده های اولیه برای منبع آلودگی غذایی را فراهم می نماید که می تواند به عنوان وسایلی برای انتقال Staphylococcus مقاومت-ضدمیکروب عمل نماید. بنابراین ما را برای توسعه راهبردهای پیشگیرانه برای اجتناب از حضور آسیب های جدید برای S.aureus مقاوم توانا می سازد.

1- مقدمه
Staphylococcus aureus) S. aureus) یک پاتوژن در انسان ها و حیوانات است که مسبب طیف وسیعی از بیماری ها در گستره نقایص پوستی مینور تا بیماری های تهدید کننده عمر انسان، از قبیل ذات الریه و مننژیت است. همچنین به عنوان یکی از مهمترین عوامل مسمویت غذایی در دنیا شناخته شده است. این باور وجود دارد که تمام آسیب های باکتریایی با گستره وسیعی از عوامل ضدمیکروبی و موثر قابل درمان هستند. هرچند، مقاومت برای انتی بیوتیک های چندگانه در بین Staphylococcus aureus(S. aureus) اخباری جدید برای محققان و اقدام کنندگان در مورد سلامتی بشر است. گزارش شده که کمی بعد از عرضه پنی سیلین در دهه 1940، مقاومت گسترش یافته در مقابل Staphylococcus aureus(S. aureus) توسط مقامومت به متی سیلین و اخیراً گلی سوپپتاید مثلاً وانکومیسین دنبال شد.
Staphylococcus aureus(S. aureus) می تواند به انسان ها از طریق شیر الوده شده و محصولات شیر انتقال یابد. S. aureus در پوسته و مخاط باقیمانده های تولیدات حیوانی حاضر می شود که شامل جانوران پستاندارد می شود و اغلب به غده های پستان بالینی و بالینی فرعی منجر به آلودکی محصولات لبنی می شود. این باکتری به صورت پاتوژن عمده ایجاد شده رایج در غده پستان گاو در نظر گرفته می شود.
هدف از این مطالعه جداسازی S. aureus از محصولات لبنی است که شامل شیر تازه گاو، شیر پاستوریزه شده، ماست و پنیر برای مشخص سازی S. aureus با استفاده از روش های رایج مانند کشش Gram ازمون کواگالاز و آزمون کاتالاز و همچنین تعیین شیوع مقاومت ضد میکروبی در بین محصولات لبنی جدا شده می شود.

Abstract

Objective To evaluate the prevalence of multidrug resistant Staphylococcus aureus (S. aureus) in dairy products.

Methods Isolation and identification of S. aureus were performed in 3 dairy-based food products. The isolates were tested for their susceptibility to 5 different common antimicrobial drugs.

Results Of 50 samples examined, 5 (10%) were contaminated with S. aureus. Subsequently, the 5 isolates were subjected to antimicrobial resistance pattern using five antibiotic discs (methicillin, vancomycin, kanamycin, chloramphenicol and tetracycline). Sample 29 showed resistance to methicillin and vancomycin. Sample 18 showed intermediate response to tetracycline. The other samples were susceptible to all the antibiotics tested.

Conclusions The results provide preliminary data on sources of food contamination which may act as vehicles for the transmission of antimicrobial-resistant Staphylococcus. Therefore, it enables us to develop preventive strategies to avoid the emergence of new strains of resistant S. aureus.

1- Introduction

Staphylococcus aureus(S. aureus) is a versatile pathogen in humans and animals which is responsible for a diverse spectrum of diseases ranging from minor skin infections to life threatening diseases, such as pneumonia and meningitis[10]. It is also known as one of the most important agents of food poisoning globally[7]. It has been believed that all bacterial infections were treatable with a vast array of effective and antimicrobial agents. However, the emergence of resistance to multiple antibiotics among S. aureus has created breaking news for health practitioners and researchers[15]. It has been reported that shortly after the introduction of penicillin in 1940s, resistance developed in S. aureus, followed by resistance to methicillin and more recently to glycopeptides, e.g. ,vancomycin[11].

S. aureus can be transmitted to humans through contaminated and untreated milk and milk products[14]. S. aureus presents on the skin and mucosae of food producing animal reservoirs that include ruminants and it is frequently associated with sub-clinical or clinical mastitis leading to the contamination of dairy products[8]. This bacterium is considered as the most commonly occurring major pathogen of cow’s mammary gland[5].

The objective of this study was to isolate S. aureus from dairy products which include fresh cow milk, pasteurized milk, goat milk, yogurt and cheese, to characterize S. aureus using conventional methods like Gram staining, coagulase test and catalase test and also to determine the prevalence of antimicrobial resistance among S. aureus isolated from dairy products..

مقاومت ضدمیکروبی دارو برای باکتری Staphylococcus aureus (نوعی باکتری کروی) در محصولات لبنی

Antimicrobial drug resistance of Staphylococcus aureus in dairy products

کاربرد بیوتکنولوژی در تولید گیاهان دارویی

Application of Biotechnology in Production of Medicinal Plants

Abstract

Medicinal plants are the most important source of life saving drugs for the majority of the world`s population. Plant secondary metabolites are the economically important as drug, fragrances, pigments, food additives and pesticides. The biotechnological tools are important to select, multiply, improve and analyze medicinal plants. Plant cell culture systems represent a potential renewable source of valuable medicinal compounds, flavours, fragrances and colorants, which cannot be produced by microbial cells or chemical synthesis. In-vitro production of secondary metabolites in plant cell suspension culture has been reported from various medicinal plants and bioreactors are the key step towards commercial production of secondary metabolites by plant biotechnology. Genetic transformation is a powerful tool for enhancing the productivity of novel secondary metabolites; especially by Agrobacterium tumefacians. Combinatorial biosynthesis is another approach in the generation of novel natural products and for the production of rare and expensive natural products. DNA profiling techniques like DNA microarrays save as suitable high throughput tools for the simultaneous analysis of multiple genes and analysis of gen expression that becomes necessary for providing clues about regulatory mechanism, biochemical pathways and broader cellular functions.

پیشرفت های اخیر در بیوتکنولوژی گیاهان دارویی

Recent advances in medicinal plant biotechnology

Abstract

Medicinal plants are the most important source of life saving drugs for the majority of the world’s population. Plant secondary metabolites are economically important as drugs, fragrances, pigments, food additives and pesticides. The biotechnological tools are important to select, multiply, improve and analyze medicinal plants. In-vitro production of secondary metabolites in plant cell suspension cultures has been reported from various medicinal plants and bioreactors are the key step towards commercial production of secondary metabolites by plant biotechnology. Genetic transformation is a powerful tool for enhancing the productivity of novel secondary metabolites; especially by Agrobacterium tumefacians. Combinatorial biosynthesis is another approach in the generation of novel natural products and for the production of rare and expensive natural products. DNA profiling techniques like DNA microarrays serve as suitable high throughput tools for the simultaneous analysis of multiple genes and analysis of gene expression that becomes necessary for providing clues about regulatory mechanism, biochemical pathways and broader cellular functions.

1 Introduction

It is estimated that 70-80% of people worldwide rely chiefly on traditional, largely herbal, medicines to meet their primary healthcare needs1 . The global demand for herbal medicine is not only large, but growing1,2. Various technologies have been adopted for enhancing bioactive molecules in medicinal plants3 . Biotechnological tools are important for the multiplication and genetic enhancement of the medicinal plants by adopting techniques such as in vitro regeneration and genetic transformation4 . It could also be harnessed for the production of secondary metabolites using plants as bioreactors. Advances in tissue culture, combined with improvement in genetic engineering techniques specifically transformation technology, have opened new avenues for high volume production of pharmaceuticals, nutraceuticals and other beneficial substances. Recent advances in the molecular biology, enzymology and fermentation technology of plant cell cultures suggest that these systems may become a viable source of important secondary metabolites. DNA manipulation is resulting in relatively large amounts of desired compounds produced by plants infected with an engineered virus, whereas transgenic plants can maintain constant levels of production of proteins without additional intervention. Large-scale use of plant tissue culture is found to be an attractive alternative approach to traditional methods of plantation as it offers a controlled supply of biochemicals independent of plant availability5, 6. Impact of specific engineering-related factors on cell suspension cultures has also been detailed6 . Current developments in tissue culture technology indicate that transcription factors are efficient new molecular tools for plant metabolic engineering to increase the production of valuable compounds7 . The approach to combine genes from different microorganisms for the production of new and interesting metabolites is known as combinatorial biosynthesis, which has emerged as a new tool in the generation of novel natural products, as well as for the production of rare and expensive natural products. There are several pharmaceuticals on the market that are highly expensive, due to the fact that these compounds are only found in rare plants and often in extreme low concentrations. Combinatorial biosynthetic strategies are expected to yield interesting alternatives in the near future. Combinatorial biosynthesis has been utilised for important classes of natural products, including alkaloids (vinblastine, vincristine), terpenoids (artemisinin, paclitaxel) and flavonoids. Conventional strategies for expression profiling such as northern blot, reverse northern blot, reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR), nuclease protection, enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), western blot, in situ hybridization and immunohistochemistry are optimized for single gene analysis. Although, it is possible to modify at least some of these techniques for multiplexing, the procedure becomes increasingly technically cumbersome. For genome wide expression analysis it is necessary to develop technologies having high degree of automation, since in any living organism thousands of genes and their products function in a complicated and orchestrated way. DNA microarrays have been developed in response to the need for a high-throughput, efficient and comprehensive strategy that can simultaneously measure all the genes, or a large defined subset encoded by a genome8,9 . DNA microarrays are being used to study the transcriptional profile in various physiological and pathological conditions, leading to mining of novel genes and molecular markers for diagnosis, prediction or prognosis of those specific states10. This paper reviews the recent achievements and advances in the medicinal plant biotechnology.

پیشرفت های اخیر در بیوتکنولوژی گیاهان دارویی

Recent advances in medicinal plant biotechnology