TiO2 و ترکیبات آن به عنوان مواد نوید دهنده بیولوژیکی

TiO2 and its composites as promising biomaterials: a review

چکیده

معرفی

سنجش زیستی

فعالیت های ضد میکروبی

لخته شدن خون

درمان فوتو دینامیک (PDT)

تحویل دارو

ایمپلنت های استخوان و دندان

نتیجه

منابع

چکیده:

     TiO2 یک ماده شناخته شده است و دارای خواص فیزیکی، شیمیایی و سازگاری زیستی قابل ملاحظه ای است که آن را به عنوان یک ماده مناسب در جهان بیولوژیکی تبدیل کرده است. توسعه مواد جدید مبتنی بر TiO2 برای دستیابی به خصوصیات و کاربردهای مورد نظر به شدت مورد نیاز است. تعداد زیادی از ترکیبات TiO2 در زمینه های مختلف سنتز شده و کاربرد دارند. در این مقاله، کاربرد TiO2 و ترکیبات آن در زیست سنجش، در فتودینامیک درمانی، به عنوان یک ماده ضد میکروبی و به عنوان حامل نانو دارو گزارش شده است. هدف از این بررسی، بحث در مورد کاربرد بیولوژیکی مواد مبتنی بر TiO2 و پیشرفت های اخیر در TiO2 برای تقویت کاربرد آن در دنیای بیولوژیکی است.

سنجش زیستی
     یک وسیله تحلیلی که پاسخ بیولوژیکی را به شکل الکتریکی یا هر شکل قابل خواندن دیگری تبدیل می کند، به عنوان بیوسنسور شناخته می شود. کار یک بیوسنسور الکتروشیمیایی بر اساس جریان الکتریکی، پتانسیل یا تجمع بار ناشی از واکنش بیوشیمیایی روی سطح استوار است. یک فرآیند زیست سنجش عمدتا از چهار مرحله تشکیل شده است: a) اتصال گیرنده به آنالیت (b) یک واکنش بیوشیمیایی خاص که بر روی رابط اتفاق می افتد و باعث ایجاد سیگنال دریافت شده توسط مبدل می شود (c) سیگنال در حال تبدیل به سیگنال الکترونیکی است و توسط ردیاب با استفاده از مرجع مناسب تقویت می شود و (d) سیگنال برای پردازش داده ها به رایانه ها ارسال می شود و مقدار حاصل از طریق رابط به عملگر ارائه می شود.

     حسگرهای زیستی ابزارهای خارق العاده ای در زمینه آنالیزهای شیمیایی و بیولوژیکی، مراقبت های بهداشتی، نظارت بر محیط زیست، صنایع فرآیندی، تولید دارو و دارشناسی هستند. کیفیت حسگر زیستی به  حساسیت، انتخاب و زمان پاسخ بستگی دارد. از نظر این عوامل حسگرهای زیستی الکتروشیمیایی (Iwamoto et al. 1994; Wang et al. 2009) به عنوان یک روش تحلیلی بهتر در مقایسه با سایر تکنیک های تحلیلی مانند تحلیل لومینسانس (شب تابی) (Li and Liu 2011; Deng et al. 2011) فلورومتری (Niu et al. 2012) رنگ سنجی (Park et al. 2005; Durocher et al. 2009) یافت شد. هر واحد زیست سنجی از یک ماده نیمه رسانا استفاده می کند (شکل 2) ، و به دنبال آن ماده بیولوژیکی یا ماده بیومعدنی به طور اختصاصی یک آنالیت را متصل می کند یا آنرا کاتابولیزه می کند.

     مواد بیولوژیکی طبیعی مانند آنتی بادی ها و آنزیم ها به دلیل هزینه های زیاد و تأثیر محیطی به طور گسترده ای به عنوان مواد حسگر مورد استفاده قرار نمی گیرند. بنابراین نیاز به بیوسنسور مصنوعی با ثبات و کم هزینه بسیار زیاد است. در این زمینه عدم انعطاف پذیری، زیست سازگاری، هزینه کم، مساحت سطح ویژه بالا، پایداری شیمیایی و فتوشیمیایی، شفافیت نوری، فعالیت های الکتروشیمیایی باعث می شود نانو ساختاریافته از TiO2 به عنوان یک ماده نیمه رسانا به عنوان بیوسنسور مورد استفاده قرار گیرد (Mun et al. 2010; Mathurab et al. 2009; Topoglidis et al. 1998). فرض بر این بود که فضای وسیعی از سطح داخلی، بار منفی سطح و شاخص ضریب شکست بالای مؤثر در آرایش نانولوله TiO2 ، می تواند امکان استفاده مناسب از زیست مولکول ها را فراهم کرده و حساسیت آنالایزر بالایی را نشان دهد. به طور کلی، گروه عملکردی هیدروکسیل (OH) که روی یک سطح اکسید فلزی (TiO2) تشکیل شده است، به بیومولکول ها به روش شیمیایی یا فیزیکی متصل می شود که برای کاربردهای بعدی خود به عنوان بیوسنسور عمل می کند (Sakata et al. 2004). TiO2 با روشهای مختلف سنتز شده و ساختار سطح را اصلاح کرده و پیوند کوالانسی آنالایزر شناسایی مولکولهای زیستی مانند پروتئین ها، آنزیم ها، DNA و RNA را با تعامل با گروههای کاربردی ترمینال مانند کربوکسیلیک (-COOH) ، آلدهید (-CHO)، آمین (NH2) و غیره موجود در زیست مولکولها برقرار می کند (Mondal et al. 2014; Rios and Smirnov 2009; O’Brien et al. 2000; Kim et al. 2009) و با ارتقاء انتقال الکترون، خاصیت بیوسنسینگ را تقویت کنید (Zang et al. 2007). نانو ترکیبات TiO2 با سایر مواد نیمه رسانا مانند NiO ، SiO2 ، CeO2 ، IrO2و غیره حمل و نقل الکترونیکی پیشرفته را نشان می دهند و توانایی عالی برای بی حرکت کردن آنزیم را نشان می دهند (Tang et al. 2013; Cui et al. 2014; Zhao et al. 2015; Liu et al. 2006). آرایش نانوسیم IrO2-hemin-TiO2 با انتخاب ، حساسیت و پایداری افزایش یافته در تشخیص گلوتاتیون مورد استفاده قرار گرفته است (منظور از آرایش نحوه ی قرار گرفتن و نظم نانو ذرات است) (Tang et al. 2013). ساختارهای حاشیه نانوذرات حاوی P-نوع NiO و n-نوع TiO2 دارای فعالیتهای الکتروکاتالیستی پیشرفته در اکسیداسیون آمینوپورین 6-فسفات (6PA)می باشد که به دلیل تشکیل ناهمگونی اتصالی p-N ، باعث بهبود حمل و نقل بار شده و توانایی تجمع سطح بالاتری را نشان می دهد (Cui et al. 2014).

مروری بر غشای پلیمری هیدروژل برای کاربرد پانسمان کردن زخم: پانسمان هیدروژل بر پایه PVA

A review on polymeric hydrogel membranes for wound dressing applications: PVA-based hydrogel dressings

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

 غشای پلیمری هیدروژل برای کاربرد پانسمان کردن زخم: پانسمان هیدروژل بر پایه PVA

A review on polymeric hydrogel membranes for wound dressing applications: PVA-based hydrogel dressings

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

سنسور الکتروشیمیایی ساده و کم هزینه بر پایه نانوذرات نیکل برای تعیین کابرگولین

Simple and Low-Cost Electrochemical Sensor Based on Nickel Nanoparticles for the Determination of Cabergoline

چکیده

آزمایشی

مواد و واکنش دهنده‌ها

تهیه الکترود کاری

ابزارها

تهیه یک نمونه واقعی

نتایج و بحث

میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)

رفتار الکتروشیمیایی .Ni-NP / MCPE

اکسیداسیون الکتروکاتالیستی کابرگولین در سطح Ni-NP/MCPE.

تعیین کاتالیستی کابرگولین

منابع

چکیده

کابرگولین (CAB) یکی از مشتقات آلکوئیدی ارگوت با آگونیستهای دومپامین فعال است. در این کار برای اولین بار اکسیداسیون الکتروکاتالیستی CAB با الکترود خمیر کربن اصلاح شده با نانوذرات نیکل، با استفاده از روشهای ولت سنجی چرخه‌ای، کرونوآمپرومتری ، کرونوکولومتری و آمپر سنجی انجام شد. ابتدا، نانوذرات نیکل با روش پلی آل غیر آبی سنتز شدند و سپس این نانوذرات با پودر گرافیت مخلوط شدند تا الکترود خمیر کربن اصلاح شده را تشکیل دهند. الکترود اصلاح شدۀ حاصل با استفاده از تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی توصیف می‌شود. در حضور 0.1 مول از NaOH یک رفتار خوب اکسایش-کاهش از جفت Ni(III)/Ni(II) را می‌توان در سطح الکترود مشاهده کرد. CAB با موفقیت در سطح الکترود اصلاح شده اکسید شد. اوج جریان اکسیداسیون الکتروکاتالیستی این دارو به طور خطی با تراکم آن مرتبط بود. حسگر پیشنهادی حساسیت بالایی را نشان داد و با موفقیت برای تعیین CAB در نمونه‌های واقعی مورد استفاده قرار گرفت.

الکترود خمیر کربن اصلاح شده با نانوذرات Ni برای الکترواکسیداسیون CAB در محیط قلیایی با استفاده از تکنیکهای ولت سنجی چرخه‌ای و کرونوآمپرومتری مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای سینتیکی مثل ضریب انتقال بار و ثابت سرعت واکنش کاتالیستی، تعیین شدند. میزان ثابت سرعت (K) به دست آمده از روش کرونوآمپرومتری نشان دادند که الکترود اصلاح شده می‌تواند توسط فرایند کاتالیستی بر محدودیتهای سینتیکی برای اکسیداسیون CAB غلبه کند و می‌تواند پتانسیل بیش از حد را برای واکنش اکسیداسیون کاهش دهد. بر اساس نتایج آزمایشی، جریان اکسیداسیون کاتالیستی CAB در این الکترود می‌تواند برای تعیین این دارو در محلول قلیایی مورد استفاده قرار گیرد بطوریکه یک طیف دینامیکی خطی قابل قبول برای تعیین CAB با حساسیت و گزینش پذیری خوب نسبت به محیط بیولوژیکی و فرمولاسیون دارویی، مطرح شد.

Abstract

Cabergoline (CAB) is an ergot alkaloid derivative with dopamine agonist activity. In this work for the first time the electrocatalytic oxidation of CAB was carried out with nickel nanoparticles-modified carbon paste electrode using cyclic voltammetry, chronoamperometry, chronocoulometry and amperometry methods. At first, nickel nanoparticles were synthesized by non-aqueous polyol method and these nanoparticles were mixed with graphite powder to form modified carbon paste electrode. The resulting modified electrode was characterized by scanning electron microscope images. In the presence of 0.1 M NaOH a good redox behavior of the Ni(III)/Ni(II) couple at the surface of the electrode can be observed. CAB was successfully oxidized at the surface of the modified electrode. The electrocatalytic oxidation peak current of this drug was linearly dependent on its concentration. The proposed sensor exhibited a high sensitivity and was successfully applied for the determination of CAB in real samples.

A carbon paste electrode modified with Ni nanoparticles was examined for electrooxidation of CAB in alkaline medium using cyclic voltammetry and chronoamperometry techniques. The kinetic parameters, such as charge-transfer coefficient and catalytic reaction rate constant, were determined. The value of the rate constant (k) obtained from the chronoamperometric method indicated that the modified electrode can overcome the kinetic limitations for CAB oxidation by a catalytic process and can decrease the overpotential for the oxidation reaction. According to the experimental results, the catalytic oxidation current of CAB at this electrode can be used to determine this drug in aqueous solution, so that an acceptable linear dynamic range and detection limit can be obtained. An amperometric method was proposed for the determination of CAB with good sensitivity and selectivity in biological media and pharmaceutical formulations.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

سنسور الکتروشیمیایی ساده و کم هزینه بر پایه نانوذرات نیکل برای تعیین کابرگولین

Simple and Low-Cost Electrochemical Sensor Based on Nickel Nanoparticles for the Determination of Cabergoline

هیدروژل چیتین تقویت شده با نانوذرات TiO2 به عنوان یک جاذب آرسنیک

Chitin hydrogel reinforced with TiO2 nanoparticles as an arsenic sorbent

Abstract

In this work chitin hydrogels were reinforced with TiO2 nanoparticles acting as fillers. The mechanical and physicochemical characteristics of these hydrogels were studied by oscillatory rheology, infrared spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM) and Small Angle X-ray Spectroscopy (SAXS). Adsorption showed to be higher at pHs below the TiO2 point of zero charge (pH ≈ 6.9). The equilibrium was achieved within 4 h following an Elovich kinetic model. The equilibrium assay showed a maximum capacity of 3.1 mg/g with better fitting for the Langmuir model. Moreover, the homogeneity/heterogeneity parameters of the Sips, Toth and Redlich–Peterson models were close to a value of 1, indicating a homogeneous sorbent/sorbate interaction. Typical natural water ions competed with As(V) for the sorption sites, being sulfate the most relevant interference. This interference was also evidenced in As(V) adsorption from natural water samples where the sorption capacity varied depending the anion composition of the sample. The reutilization of the hybrid gel was assessed up to five adsorption cycles.

1 Introduction

Arsenic presence in natural waters is a matter of concern in vast areas of Argentina, Chile, China, India, Bangladesh, among others countries. Arsenic water contamination is usually associated with non-urban zones where fast, easy application and low-cost answers are needed. With this aim several techniques have been studied, such as coagulation-coprecipitation, photocatalytic reduction, photocatalytic oxidation and adsorption using different materials [1–3].

Among As adsorbents, TiO2 has been studied in different formats and sizes, from nanoparticles to micrometric range granular particles [4–6]. It is a non-toxic compound used in pharmaceutic, cosmetic and biomedical products due to its biocompatibility [7]. However, the use of powdered TiO2 in aqueous media requires laborious separation to prevent the leakage of the particles [1,8]. In this aspect, the development of hybrid materials represents a novel strategy for the mechanical reinforcement and chemical stability of the sorbent and the prevention of the particle leakage. Examples of these hybrids are polyurethane–keratin membranes, Chitin–Kraft lignin, chitosan–sulfydryl bearing graphene oxide, sil ica–alginate–xanthan gum, etc [9–12].

In the last years, chitin based hybrids have enhanced their applicability as biomaterials thanks to novel manipulation techniques which have overcome the polysaccharide low solubility [13,14]. Chitin is a cheap polysaccharide that can be extracted from shrimp, crab shell, fungi, as well as other invertebrates such as marine sponges [15,16]. Being a waste material from food industry it is a low-cost biopolymer which is also biocompatible, biodegradable and non-toxic [7]. Although less expensive and chemically more stable in comparison with its derivative chitosan, literature still shows few approaches dedicated to pure chitin derived hydrogel materials. Most of these studies use the potentially toxic crosslinker epichlorohydrin for the obtaining of reinforced materials, such as chitin/poly(vinyl alcohol) or chitin/clay nanotubes [17,18]. Other approaches achieve the material final structure either by lyophilization or by reinforcement with high loads of graphene oxide [19–21].

The aim of this work was to combine two low-cost, non-toxic and biocompatible compounds for the obtaining of a chemically and mechanically stable arsenic adsorbent. Herein, a chitin hydrogel reinforced with TiO2 nanoparticles was developed for As(V) adsorption. Chitin and TiO2 nanoparticles were chosen based in their lower cost in comparison with other polysaccharides and metal nanoparticles and the latter’s high surface area and arsenic sorption capacity. The nanostructure of the composites was characterized using different spectroscopic techniques and the degree of reinforcement was assessed by a rheological analysis. The As (V) adsorption performance was evaluated by means of the influence of media pH, interaction time, sorption capacity, competing ions and reutilization. The sorption capacity was also assessed against natural water samples containing natural arsenic or spiked with known concentrations.

انبساط کنترل شده محلول فوق بحرانی: یک روش مقاوم برای تولید نانوذرات دارویی خالص با توزیع-اندازه باریک

Controlled Expansion of Supercritical Solution: A Robust Method to Produce Pure Drug Nanoparticles With Narrow Size-Distribution

Abstract

We introduce a robust, stable, and reproducible method to produce nanoparticles based on expansion of supercritical solutions using carbon dioxide as a solvent. The method, controlled expansion of supercritical solution (CESS), uses controlled mass transfer, flow, pressure reduction, and particle collection in dry ice. CESS offers control over the crystallization process as the pressure in the system is reduced according to a specific profile. Particle formation takes place before the exit nozzle, and condensation is the main mechanism for postnucleation particle growth. A 2-step gradient pressure reduction is used to prevent Mach disk formation and particle growth by coagulation. Controlled particle growth keeps the production process stable. With CESS, we produced piroxicam nanoparticles, 60 mg/h, featuring narrow size distribution (176 ± 53 nm).

1 Introduction

Introduction Particle production based on supercritical carbon dioxide (scCO2) is efficient, inexpensive, and ecological.1 These kinds of bottom-up technologies form particles by recrystallization.2 CO2 is the most common solvent in supercritical processes because its critical temperature and pressure are relatively low, 31
C and 74 bar.3 Furthermore, CO2 is “Generally Recognized As Safe” by the Food and Drug Administration; it is neither flammable nor toxic. The prepared particles are pure, and the obtained polymorph can be controlled.4-6 Supercritical particle production allows using a 1-step preparation process.2 This simplifies the particle production, which, for example, in common industrial ball milling techniques requires many steps and excipients. Moreover, current nanoparticle technologies feature limited batch size and often require organic solvents.7

Particle production techniques using scCO2 use scCO2 as solvent, as solute, or as antisolvent.5,8 Rapid expansion of supercritical solutions (RESS) is a solvent- and excipient-free production method.9 It has been used to micronize pharmaceutics1,4,10 and to produce nanomicron- and submicron-size drug particles.11-21 For example, piroxicam, the model compound in our research, has been micronized with RESS resulting in particles with Ø ¼ 1.52-8.78 mm.22

The processes using scCO2 as a solvent have been modified by changing process parameters (e.g., ultrahigh pressure,23 nozzle construction,24 or by expanding the scCO2 in a liquid environment25). However, since invented, particle production using scCO2 as solvent is based on rapidly decreasing the pressure.26 Although promising also for nanoparticle production, the results have not always been satisfactory regarding particle size and product uniformity.27

فعل و انفعالات اصلی سورفاکتانت ها در فرمولاسیون پروتئین درمانی: مروری

Key interactions of surfactants in therapeutic protein formulations: A review

Abstract

Proteins as amphiphilic, surface-active macromolecules, demonstrate substantial interfacial activity, which causes considerable impact on their multifarious applications. A commonly adapted measure to prevent interfacial damage to proteins is the use of nonionic surfactants. Particularly in biotherapeutic formulations, the use of nonionic surfactants is ubiquitous in order to prevent the impact of interfacial stress on drug product stability. The scope of this review is to convey the current understanding of interactions of nonionic surfactants with proteins both at the interface and in solution, with specific focus to their effects on biotherapeutic formulations.

1 Introduction

Throughout the past decade, there has been a steady increase in the availability of new biological drugs for patients to treat critical and life threatening diseases in various therapeutic areas from oncology to metabolic diseases [1,2]. Correspondingly, there has also been a surge in drug discovery of therapeutic proteins, especially monoclonal antibodies and their related formats such as antibody drug conjugates and bispecific antibodies. It is critical to preserve the stability of any biologic during bioprocessing, drug product manufacturing, transportation, storage, and administration to the patient. Therefore, formulating the protein suitably and optimally requires significant attention to preserve its stability during all possible stresses until it reaches the patient. There are numerous mechanisms that may trigger the formation of aggregates and particles (e.g. hydrophobic association of partially denatured protein, chemical modifications, and interactions with interfaces) [3]. These events may affect the quality of the product and/or increase the level of visible and sub-visible particles beyond the acceptance criteria. The presence of aggregates also raises a concern as a driving factor for immunogenicity; however, to date only chemically modified aggregates of biologics have shown a clear ability to induce anti-drug antibodies in preclinical models [4,5].

One of the major stresses proteins may encounter is interfacial stress (e.g. from air/water interfaces due to mixing of liquid formulations, or ice/water interfaces during freezing/thawing), which if not suitably stabilized generates aggregates or proteinaceous particles [6]. In the absence of stabilizing surfactants and while under stress or long-term storage, fractions of the therapeutic proteins tend to aggregate and/or generate particles [7–9]. It is in this context that surfactants are prevalently used in the pharmaceutical industry to provide and ensure protein stability, although other excipients (e.g. cyclodextrins) have also shown protection properties [3,10,11]. Certain surfactants, such as polysorbates, have a proven safety profile established by their use as excipients in small molecule drug formulations, acting as solubility enhancers for poorly water-soluble drugs and later used as dispersion stabilizers for nanoparticle formulations [12–18]. The interactions of both ionic and nonionic surfactants with proteins have been reviewed previously [19–21], providing a broad overview. However, the scope of this review is focused on nonionic surfactants and their protection of therapeutic proteins in parenteral formulations, as they play a prominent role as protein stabilizers in commercial formulations, in contrast with ionic surfactants [22,23]. This review will discuss the present state of knowledge of the mode of interaction between proteins and surfactants at air–water and oil–water interfaces, as well as protein–surfactant interactions in solution. Surfactants extensively used in marketed biologics (e.g. polysorbate 20, polysorbate 80, and pluronics (P188)) are the primary emphasis for this discussion.

آزمایشی ساده و حساس برای آمپی سیلین در داروها به وسیله نانوذرات طلا به عنوان معرف پروب طیف نمایی

A simple and sensitive assay for ampicillin in pharmaceuticals using gold nanoparticles as spectroscopic probe reagen

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

آزمایشی ساده و حساس برای آمپی سیلین در داروها به وسیله نانوذرات طلا به عنوان معرف پروب طیف نمایی

A simple and sensitive assay for ampicillin in pharmaceuticals using gold nanoparticles as spectroscopic probe reagen

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

ترکیب بوروفن ها: پلی مورف های دوبعدی ناهمگون بورون

Synthesis of borophenes: Anisotropic, two-dimensional boron polymorphs

بور خالص در مقیاس خوشه های اتمی بسیار شبیه کربن است؛ مولکول های صفحه ای ساده و فولرن های شبیه قفس تشکیل می دهد. مطالعات تئوریک پیش بینی می کنند که ورق های دوبعدی (2D) بور از نظر آرایش اتمی شبیه خوشه های اتمی بور هستند. ما ورق های نازک 2D بلورین بور (یعنی بوروفن) را تحت شرایط خلأ بسیار بالا روی سطح نقره سنتز کردیم. مشخصه یابی در مقیاس اتمی (که توسط محاسبات تئوریک پشتیبانی می-شود) حاکی از ساختارهایی همانند خوشه های نفوذی بور بود که تاحدی ناهمسانگرد بوده و بشکه ای شدن خارج ازصفحه در آن ها مشاهده می شد. برخلاف آلوتروپ های بور بالک، بوروفن دارای مشخصاتی فلزی است که با پیش بینی های مربوط به یک فلز بسیار ناهمسانگرد 2D مطابقت دارد.

همانطور که در بالا نشان داده شد پیش بینی های تئوریک ساختار بوروفن حاکی از مشخصات فلزی آن است. با اینحال همگان می دانند که آلوتروپ های بور بالک در شرایط استاندارد نیمه رسانا هستد و تنها در فشارهای بسیار بالا حالت فلزی دارند. طیف سنجی تونلی روبشی (STS)، مشخصات فلزی بوروفن را از طریق منحنی های I-V (شکل A4) و طیف dI/dV (که DOS الکترونی موضعی را اندازه گیری می کند؛ شکل B4) تأیید می کند. این منحنی ها و طیف ها، رفتار بدون شکاف (یعنی فلزی) را نشان می دهند که با برهم نهی بین سطح Ag(111) و حالت پر پیش بینی شده در بوروفن مطابقت دارد (شکل G2). این مشاهدات، محرک و انگیزه ای برای انجام مطالعات بیشتر در زمینه ی فلزی بودن و پدیده های مرتبط در پلی مورف های 2D بور است.

At the atomic-cluster scale, pure boron is markedly similar to carbon, forming simple planar molecules and cage-like fullerenes.Theoretical studies predict that two-dimensional (2D) boron sheets will adopt an atomic configuration similar to that of boron atomic clusters. We synthesized atomically thin, crystalline 2D boron sheets (i.e., borophene) on silver surfaces under ultrahigh-vacuum conditions. Atomic-scale characterization, supported by theoretical calculations, revealed structures reminiscent of fused boron clusters with multiple scales of anisotropic, out-of-plane buckling. Unlike bulk boron allotropes, borophene shows metallic characteristics that are consistent with predictions of a highly anisotropic, 2D metal.

As shown above, theoretical predictions of the borophene structure forecast metallic characteristics. However, all known bulk boron allotropes are semiconductors at standard conditions, only becoming metallic at extremely high pressures (17). Scanning tunneling spectroscopy (STS) confirms the metallic characteristics of borophene through I–V curves (Fig. 4A) and dI/dV spectra (which measure the local electronic DOS, Fig. 4B). These show gapless (i.e., metallic) behavior consistent with the superposition between the Ag(111) surface (30) and the predicted filledstate population in borophene (Fig. 2G). These observations are likely to motivate and inform further studies of metallicity and related phenomena in 2D boron polymorphs.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

ترکیب بوروفن ها: پلی مورف های دوبعدی ناهمگون بورون

Synthesis of borophenes: Anisotropic, two-dimensional boron polymorphs

میکرواسفرهای پکتین/TiO2 کووالانسی و دارای نانوذرات Fe3O4 برای رهایش دارو با تنظیم میدان مغناطیسی

Covalent TiO2/pectin microspheres with Fe3O4 nanoparticles for magnetic field-modulated drug delivery

Abstract

Covalent TiO2-co-pectin microspheres containing Fe3O4 nanoparticles were developed through an ultrasound-induced crosslinking/polymerization reaction between the glycidyl methacrylate from vinyl groups in TiO2 and in pectin. ζ-potentials became less negative in the nanostructured microspheres, caused by the presence of both inorganic particles in the negatively charged pectin. The nanostructured pectin microspheres showed an amoxicillin release rate slower than that of pure pectin microspheres. The proposed microspheres were found to be a sustained release system of amoxicillin in the acid medium. Furthermore, the antibiotic release may be modulated by exposition of the microspheres to a remote magnetic field. In practical terms, the nanostructured microspheres could deliver a larger proportion of their initial load to specific site of action. The cytotoxic concentrations for 50% of VERO cells (CC50), calculated as the concentration required to reduce cell viability by 50% after 72 h of incubation, for pectin-only microspheres and nanostructured pectin microspheres were 217.7 ± 6.5 and 121.5 ± 4.9 μg mL−1, respectively. The obtained CC50 values indicated acceptable cytotoxic levels for an incubation period of 72 h, showing that the pectin microspheres have a great pharmacological potential for uses in biological environments, even after the introduction of both Fe3O4 and TiO2.

1 Introduction

In the last years, smart (or intelligent) release systems (also called advanced materials) have been the target of important scientific investigations [1–5], owing to their specific properties of being sensitive to external stimuli, such as temperature, pH and magnetic field. Drug delivery systems based on nanoparticles sensitive to a remotely applied magnetic field appear on the top of the (bio)technological innovations, because the magnetic field, if used in a therapeutic level, does not affect biological tissues.

Magnetite (Fe3O4) is a type of magnetic particle that has been the target of important studies on biomedicine because of its non-toxicity, high level of accumulation in tissues, interruption of magnetization whenthemagneticfieldis removed, andbiocompatibility due to high affinity for water which allows to interact with biological species [6–8]. The combination of Fe3O4 with naturally occurring materials to produce a smart drug delivery system for use in pharmaceutical formulation is an innovative concept from a biotechnological point of view.

Pectin is an example of naturally occurring material that has received considerable attention in biomedicine [9,10]. The great advantage of using pectin in the development of micro and/or nanoparticles for drug delivery is based on its appealing properties such as biodegradability, controllable biologic activity, and flexible chains that allow the modulation of the polysaccharide to a specific shape. In this connection, pectin is an appropriate material for use in pharmaceuticalformulations [11,12]. This polysaccharide has been studied to act as a polymer biodevice for the treatment of some types of cancer that affect specific regions of the gastrointestinal tract (GI), for example, the colon. This is possible because pectin resists the drastic variations of the physiologic pH throughout GI, which assures the integrity of its polymer structure [13–15]. Although the majority of the reports on pectin-based drug delivery systems have been focused on the treatment of GI diseases. some studies have shown the use of this polysaccharide in mucosa, owing to its mucoadhesive properties [16–19]. However, the high solubility of pectin in water limits its application in a physiological medium, which can contribute to a premature release of the active principle. Chemical modification of pectin by the introduction of hydrophobic groups has been proposed to reduce its solubility. The incorporation of vinyl groups derived from glycidyl methacrylate (GMA)topolysaccharides is aprominentmodificationstrategy [20].

The focus of this work was on developing a smart biodevice based on magnetic pectin microspheres that shows a sustained release profile in a specific site in which the drug plays a role as a local therapeutic agent. The concept of such a device may be based on a tortuosity effect that sustains the release of the drug. This behavior is the result ofthe disposition of nanoparticles within the polymer device. A way of doing this is to incorporate inorganic nanoparticles to biodevice (pectin microspheres). This new material could be obtained by a pectin microsphere-nanostructuring approach using Fe3O4 as magnetic particle, and titanium (TiO2) as an inorganic crosslinker. Such architecture could show a versatile release profile. The release of the drug could be sustained for a longer time, and also controlled remotely. Furthermore, the introduction of TiO2 as a crosslinker for modified pectin could produce consistent microspheres. To obtain microspheres, a covalent approach using chemically modified TiO2 was developed. This process consisted of inserting vinyl radical onto TiO2 structure for further radical reaction with vinylated pectin.

The proposed biodevice is addressed to the treatment of Helicobacter pylori(H. pylori)-associated ulcers that affectthe mucosa of the stomach. Amoxicillin was used in the studies of release because it inhibits the growth of H. pylori. This antibiotic is effective against H. pylori in the in vitro therapy in which low doses of the drug are required over the oral administration. However, to obtain the same efficiency in the in vivo therapy, higher doses of the antibiotic are required, owing to the high rate of emptying of food (or contents) from the stomach into intestine that limits the release and absorption of a given drug. The magnetic pectin microspheres are a new architecture that shows a great potential for future tests in the treatment of gastric ulcers.

خزان یاخته ای از طریق مهار هیستون داستیلاز و القای کاسپازها به واسطه تالیدومید دی تیوکاربامات و مشتقات دی تیوات

Thalidomide dithiocarbamate and dithioate derivatives induce apoptosis through inhibition of histone deacetylases and induction of caspases

چکیده

1-مقدمه

2-مواد و روشها

2-1-کشت سلولی

2-2-سنجش سیتوتوکسیته

2-3-اپوپتوزیز و رنگ امیزی نکروزی

2-4-فراگمانتاسیون DNA

2-5-فعالیت داستیلازی هیستون

2-6-ارزیابی فعالیت کاسپازها

2-7-انالیز اماری

3-نتایج و بحث

چکیده

اثر ضدسرطانی و مکانیسم مرگ سلولی در یک دسته از پنج آنالوگ های تالیدومید حاوی یک اتم سولفور 2 یا دو اتم سولفور 3 تا 6 تحقیق گردیده و با فعالیت تالیدومید 1 مقایسه گردید. اثر سیتوتوکسیکی انالوگهای تالیدومیدی 2 تا 6 علیه سلولهای Hep-G2, 1301 و سلولهای HCT-116 با سنجش ماده ذیل تخمین زده شد: 3-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide (MTT) درصد سلولهای اپوپتوزیز و نکروزیز با اتیدیوم بروماید و اکریدین ارنج رنگ امیزی گردید، فراگمانتاسیون DNA، مهار داستیلاز هیستون یا HDAC ، و کاسپازهای کل با عملیات و کیت های جهانی سنجش گردید. ما در اینجا برای فعالیت ضدسرطان تالیدومید دی تیوکاربامات آنالوگ 3 و تالیدومید دی تیوات آنالوگ 5 علیه سلولهای Hep-G2 و HCT-116 گزارش کرده ایم که سیتوتوکسیک تر از خود تالیدومید می باشند و اینکه سمیت سلولی همراه با فراگمانتاسیون DNA است و به دلیل اپوپتوزیز و نه نکروزیز است. هرچند ما گفته ایم که مسیر مرگ سلولی با تالیدومید دی تیوکاربامات آنالوگ 3 و تالیدومید دی تیوات آنالوگ 5 در سلولهای کارسینومای کبدی از طریق پیامدهای چندگانه ای که باعث تحریک مرگ سلول اپوپتوتیکی می شود و تقویت فراگمانتاسیون DNA ،فعالسازی کاسپازها، و القای هیستون استیلاسیون را دربردارد، تحریک می شود. در نتیجه، تالیدومید دی تیوکاربامات آنالوگ 3 و تالیدومید دی تیوات آنالوگ 5 داروهای ضدسرطان نویدبخشی بیش از تالیدومید می باشد.

3-نتایج و بحث

بررسی اثر سیتوتوکسیک دوزهای مختلف تالیدومید انالوگهای 2 تا 6 روی خطوط سلولی تومور جامد Hep-G2 و HCT-116 و خط سلولی تومور هماتوپوئیتیکی 1301 با استفاده از سنجش MTT، یک سنجش سیتوتوکسیتی متابولیکی نشان داد که کلیه ترکیبات تست شده دارای درجاتی متغیر از سیتوتوکسیته علیه سلولهای Hep-G2 و HCT-116 گردیدند اما تالیدومید و انالوگهای 3 و 5 یک اثر سیتوتوکسیته بالایی علیه هر دو خطوط سلولی (با IC50 کمتر از 20µg/ml) نشان دادند و تالیدومید دی تیوکاربامات آنالوگ 5 سیتوتوکسیک ترین ترکیب بنا به نتیجه گیری از مقادیر پایین IC50 می باشد که در تصویر 2A نشان داده شده است. تصویر 2-(A اثرسیتوتوکسیته تالیدومید و آنالوگ های 2 تا 6 ان روی خطوط سلول سرطانی انسانی مختلف از جمله سلولهای Hep-G2 (میله های خاکستری)، سلولهای HCT-116 (میله های سفید) و سلولهای 1301 (میله های سیاه) بنا به اندازه گیری با سنجش MTT. نتایج به شکل مقادیر IC50 (µg/ml میانگین و انحراف معیار تعداد 4) نمایش داده شد. (B اثر پرولیفراتیو انالوگهای تالیدومید 2 و 4 و 6 روی سلولهای 1301 (T لمفوسیت ها) بنا به اندازه گیری سنجش MTT . نتایج به شکل تعداد برابرشدن های شاهد نشان داده شده است (میانگین و انحراف معیار تعداد 4). از سوی دیگر، ارسال سلولهای تومور هماتوپوئیتیک ؛ سلولهای 1301 به سنجش MTT اشکار کرد که تنها تالیدومید و انالوگهای 3 و 5 ان اثر سیتوتوکسیکی به ترتیب ذیل 3>1>5 دارند همانگونه که طبق مقادیر IC50 آنها نتیجه گیری شده بود (تصویر 2A)، درحالیکه انالوگهای تالیدومیدی 2 و 4 و 6 باعث القای پرولیفراسیون سلولهای 1301 (T-لمفوسیت ها) به حالت وابسته به دوز تا 3.05 برابر موارد شاهد در یک دوز 40µg/ml برای متیل تیومتیل تالیدومید 2 (تصویر 2B) گردید. این یافته حاکی از ان است که آنالوگ های 2 و 4 و 6 تالیدومید مواد تحریک کننده ایمنی است که می تواند به طور برجسته ای باعث پرولیفراسیون T لمفوسیت گردد که یک پیشنهادی است که نیاز به بررسی بیشتر دارد. ساختارشیمیایی اصلی تالیدومید به شکل ماده انتخابی شناخته شده است که باعث کشتن سلولهای سرطانی می شود اما پرولیفراسیون Tسل را ایجاد می کند.

Abstract

Anti-cancer effect and mechanism of cell death were investigated in a battery of five thalidomide analogs containing one sulfur atom 2 or two sulfur atoms 3–6 and were compared with thalidomide 1 activity. The cytotoxic effect of thalidomide analogs 2–6 against Hep-G2, 1301, and HCT-116 cells was estimated by the 3-(4,5-dimethyl-2-thiazolyl)-2,5-diphenyl-2H-tetrazolium bromide (MTT) assay. Apoptosis and necrosis cell percentage was stained by ethidium bromide and acridine orange, DNA fragmentation, inhibition of histone deacetylase (HDAC), and total caspases were assayed by universal procedures and kits. We report here for the anti-cancer activity of thalidomide dithiocarbamate analog 3 and thalidomide dithioate analog 5 against Hep-G2 and HCT-116 cells, which was more cytotoxic than thalidomide itself, and that the cytotoxicity was associated with DNA fragmentation and was due to apoptosis and not necrosis. Moreover, we suggest that the cell death pathway is evoked by thalidomide dithiocarbamate analog 3 and thalidomide dithioate analog 5 in human hepatocellular carcinoma cells through multiple consequences that trigger apoptotic cell death; involving the enhancement of DNA fragmentation, the activation of caspases, and the induction of histone acetylation. In conclusion, thalidomide dithiocarbamate analog 3 and thalidomide dithioate analog 5 are promising anti-cancer agents more than thalidomide.

3- Results and discussion

Exploring the cytotoxic effect of different doses of thalidomide analogs 2–6 on the solid tumor cell lines Hep-G2 and HCT-116 and the hematopoietic tumor cell line 1301 using MTT assay, a metabolic cytotoxicity assay, indicated that all tested compounds possessed variable degrees of cytotoxicity against Hep-G2 and HCT-116 cells, however thalidomide and its analogs 3 and 5 exhibited a high cytotoxic effect against both cell lines (IC50 < 20 lg/ml) and thalidomide dithiocarbamate analog 5 was the most cytotoxic compound as concluded from its low IC50 values as shown in Fig. 2A. On the other hand, submission of hematopoietic tumor cells; 1301 cells, to MTT assay revealed that only thalidomide and its analogs 3 and 5 had cytotoxic effect in the following order 3 > 1 > 5, as concluded from their IC50 values (Fig. 2A, while thalidomide analogs 2, 4, and 6 induced the proliferation of 1301 cells (T-lymphocytes) in a dose dependant manner up to 3.05-folds of control at a dose of 40 lg/ml for methylthiomethylthalidomide 2 (Fig. 2B). This finding suggested that thalidomide analogs 2, 4, and 6 are immunostimulant agents that can drastically induce T-lymphocyte proliferation; a suggestion that needs to be explored further. The original chemical structure of thalidomide is known as a selective agent that kills cancer cells, but induces T cell proliferation [14].

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

خزان یاخته ای از طریق مهار هیستون داستیلاز و القای کاسپازها به واسطه تالیدومید دی تیوکاربامات و مشتقات دی تیوات

Thalidomide dithiocarbamate and dithioate derivatives induce apoptosis through inhibition of histone deacetylases and induction of caspases