فصلنامه

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه علوم دامی، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

2 استادیار، گروه علوم پایه و پاتوبیولوژی، دانشکده دامپزشکی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

10.52547/JCT/13.3.215

چکیده

نانوتکنولوژی از شاخه­های نوظهور علم است که  استفاده گسترده­ای در زمینه­های مختلفی چون پزشکی دارد. نانوذرات توسط ترکیبات مختلف در اندازه، شکل و خواص شیمیایی مختلف تولید می‌شوند و در زمینه­های مختلف بیولوژیکی و زیست‌پزشکی قابل استفاده هستند. نانوذرات فلزی در بسیاری از زمینه ها استفاده گسترده­ای دارند و دارای خواص مختلفی هستند که آنها را برای استفاده در پزشکی مناسب می کند. روی به‫دلیل دارا بودن نقش مهم در فرآیندهای بیولوژیکی متنوع از جمله تکوین جنین، رشد طبیعی، بهبود زخم، متابولیسم، ایمنی، عملکردهای شناختی، تولید اسپرم، معدنی شدن استخوان، فرآیندهای عصبی و آنزیمی، یک عنصر کمیاب ضروری تقریبا برای همه موجودات زنده است. در دهه‌های اخیر، نانوذرات اکسید روی به دلیل زیست سازگاری و سمیت کم، یکی از محبوب‌ترین نانوذرات هستند که کاربردهای بیولوژیکی متعدد داشته و در زمینه­های تجاری وسیعی از جمله کاربرد در صنایع مختلف مانند داروسازی، نساجی، رنگ، لاستیک، مهندسی بافت، عوامل ضد باکتری و ضد سرطان استفاده می‌شوند. امروزه، توجه قابل توجهی به کاربرد نانومواد در تنظیم تکثیر و تمایز سلول های بنیادی جهت کاربرد بیشتر در پزشکی بازساختی شده است. روی یکی از فراوان ترین فلزات کمیاب در بدن انسان است و گزارش شده است که برای بازسازی استخوان ضروری است. نانوذرات اکسید روی خواص ضد باکتریایی جذابی از خود نشان می­دهند. تاکید ویژه­ای بر مکانیسم‌های باکتری کشی و توقف رشد باکتری با تمرکزبر تولید گونه­های واکنش پذیر اکسیژن(ROS) آنها شده است. ROS  سبب آسیب دیواره سلولی به دلیل برهمکنش موضعی اکسید روی، افزایش نفوذپذیری غشاء، درونی‌سازی نانوذارت به دلیل از دست دادن نیروی محرکه پروتون و جذب یون‌های سمی روی محلول بوده است. نانوذرات اکسید روی برای سلول‫های سرطانی سمی هستند و از طریق آپوپتوزیس باعث مرگ سلول­های سرطانی می­شوند. القای اتوفاژی با انحلال آن‫ها در لیزوزوم­ها برای آزاد کردن یون­های روی همبستگی مثبت داشته و یون­های روی آزاد شده از نانوذرات روی توانستند به لیزوزوم­ها آسیب برسانند و منجر به اختلال در اتوفاژی و میتوکندری شوند. نانوساختارهای اکسید روی با دارا بودن فعالیت ضد میکروبی، استخوان‌زایی و رگ‌زایی  با فناوری‌های ساختار افزا نیز ترکیب شده­اند تا در نهایت  داربست‌های هیبریدی پیشرفته جدید برای مهندسی بافت را طراحی کنند. بین کمبود روی و دیابت ارتباط وجود دارد و ممکن است بر پیشرفت دیابت نوع 2 نیز تاثیر بگذارد. چندین کمپلکس روی سنتز شده و ثابت شده است که در مدل‌های دیابت جوندگان مؤثر است. ROS توسط نانوذرات اکسید فلزی تولید می شود که به طور قابل توجهی به تکثیر فیبروبلاست کمک می­کند. پیوند متقابل سلول­های فیبروبلاست و نانوذرات اکسید روی تحت تأثیر مساحت سطح و اندازه نانوذرات قرار می­گیرد. پانسمان نانوذرات اکسید روی باعث افزایش آپوپتوزیس، پاکسازی باکتری، فعال شدن پلاکت، نکروز بافتی، اپی‫تلیال شدن مجدد، تشکیل اسکار بافتی، حذف دبری­ها ، رگزایی و فعال شدن سلول های بنیادی از طریق بهبود زخم می شود. سیستم‌های دارورسانی مبتنی بر نانوذرات  می‌توانند با آزاد کردن داروها به صورت آهسته و پایدار و رساندن آنها به ناحیه مورد نظر از بدن، بر محدودیت‌های ذکر شده غلبه کنند. این مقاله مروری بر برخی تحقیقات مربوط به کاربرد نانوذرات اکسید روی در علوم زیستی است.

تازه های تحقیق

-

کلیدواژه‌ها

dor -

عنوان مقاله [English]

A review of the application of zinc oxide nanoparticles in the biological sciences

نویسندگان [English]

  • L Soltani 1
  • T Mohammadi 2

1 Assistant Professor, Department of Animal Sciences, College of Agriculture and Natural Resources, Razi University, Kermanshah, Iran

2 Assistant Professor, Basic Sciences and Pathobiology Department, Faculty of Veterinary Medicine, Razi University, Kermanshah, Iran

چکیده [English]

Nanotechnology is an emerging branch of science that is widely used in various fields including medicine. Nanoparticles (NPs) are produced by various compounds in size, shape, and different chemical properties, which can be used in a variety of biological and biomedical applications. Metal NPs are used widely in many fields and have various properties making them appropriate for use in medical applications.
Zinc is an essential trace element for almost all living organisms. Due to possessing a significant role in versatile biological processes, including fetal development, natural growth, wound healing, metabolism, immunity, cognitive functions, sperm generation, bone mineralization, neurological, and enzymatic processes.
In recent decades, zinc oxide NPs have been one of the most popular types of NPs with numerous biological applications due to their biocompatibility and low toxicity and are used in a wide range of commercial applications including applications in many different industries such as pharmaceuticals, textiles, dyes, rubber, tissue engineering, antibacterial agents, and anti-cancer. Nowadays, significant scientific interest has been directed toward the application of nanomaterials in the modulation of stem cell proliferation and differentiation for further application in regenerative medicine. Zinc is one of the most plentiful trace metals in the human body and was reported to be essential for the regeneration of bone. ZnO-NPs exhibit attractive antibacterial properties. Particular emphasis was given to bactericidal and bacteriostatic mechanisms with a focus on the generation of reactive oxygen species (ROS). ROS has been a major factor for several mechanisms including cell wall damage due to ZnO-localized interaction, enhanced membrane permeability, internalization of NPs due to loss of proton motive force, and uptake of toxic dissolved zinc ions.  ZnO NPs present certain cytotoxicity in cancer cells and induce cancer cell death via the apoptosis signaling pathway. This autophagy induction was positively correlated with the dissolution of ZnO NPs in lysosomes to release zinc ions, and zinc ions released from ZnO NPs were able to damage lysosomes, leading to impaired autophagic flux and mitochondria.
ZnO nanostructures, featuring antimicrobial activity, osteogenesis, and angiogenesis, have been also combined with additive manufacturing technologies with the final aim of designing novel advanced hybrid scaffolds for tissue engineering.
Zinc deficiency is positively correlated with diabetes and may also affect the progress of Type 2 diabetes. Several zinc complexes have been synthesized and proven to be effective in rodent models of diabetes.
ROS are generated by metal oxide nanoparticles which considerably help in fibroblast proliferation. The interlinkage of the fibroblast cells and zinc oxide nanoparticles was impacted by the surface area and particle size of the nanoparticles. Zinc oxide nanoparticles dressing increases apoptosis, bacteria clearance, platelet activation, tissue necrosis, re-epithelialization, tissue scar formation, debris removal, angiogenesis, and stem cell activation through wound healing. Nanoparticle-based drug delivery systems (DDS) can overcome the aforementioned limitations by releasing the drugs in a slow and sustained manner and delivering them to the desired area of the body system. This article provides an overview of some of the research relating to the use of zinc oxide nanoparticles in biological sciences.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Zinc Oxide
  • Nanotechnology
  • Nanoparticles
  • Biological sciences
  • مقدمه

نانوتکنولوژی حوزه­ی نوآورانه و نوظهور است که با کنترل، اصلاح و ساخت مواد، ساختارها و دستگاه‌ها با دقت نانومتری سروکار دارد. نانوتکنولوژی به درک مبانی فیزیک، شیمی، زیست­شناسی و تکنولوژی اشیا در مقیاس نانو کمک می­کند (1). نانوذره­ی روی به اکسید روی در مقیاس نانو اطلاق می­شود. نانومواد ویژگی­های نوری، مکانیکی، کاتالیستی و بیولوژیکی منحصربه‌فردی را نشان می­دهند. این ویژگی­ها سبب شده است که پتانسیل کاربردی زیادی داشته باشند (2). به‌منظور تعریف نانومواد، حداقل در 50% موارد بایستی اندازه‌ای بین 1 تا 100 نانومتر داشته باشند. نانوذرات حداقل در 3 بعد در مقیاس نانو هستند (3) و می‫توانند با روش‌های متفاوتی آماده شوند (شکل 1). روش‌های شیمیایی تهیه نانومواد متفاوت عبارت‌اند از فرآیند مکانوشیمیایی، روش رسوب، رسوب در سورفکتانت، روش sol-gel، روش solve-thermal، هیدروترمال، امولسیون و میکروامولسیون (4). در روش‌های فیزیکی، نیروی فیزیکی در جذب ذرات در مقیاس نانو و تشکیل نانوساختارهای پایدار مشارکت دارد. تکنیک­های پایه شامل رسوب بخار، تبلور آمورف، قطعه‌قطعه شدن فیزیکی و بسیاری موارد دیگر است (5). سنتز فیزیکی نیاز به تجهیزات گران، فشار و حرارت بالا، فضای بزرگ برای راه­اندازی تجهیزات و دستگاه‌ها دارد.

 

شکل 1: روش‫های متفاوت سنتز نانوذرات اکسید روی

 روش دیگر سنتز نانوذرات، سنتز سبز است که از میکروارگانیسم­ها و گیاهان برای سنتز نانوذرات استفاده می­شود که این روش نسبت به دو روش قبلی کم­ هزینه، زیست سازگار، سالم و دوستدار محیط‌زیست است (6). در سنتز سبز از باکتر­ی­ها، قارچ­ها، جلبک­ها، بخش­های متفاوت گیاه و غیره استفاده می­شود.

برای شناسایی نانوذرات سنتز شده از روش­های متفاوتی استفاده می­شود (شکل 2). از جمله می­توان به اسپکتروفتومتری UV-Vis، آزمون­ پراش اشعه ایکس (XRD)، طیف­سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDAX)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، آنالیز طیف‌سنجی مادون‌قرمز تبدیل فوریه (FT-IR)، میکروسکوپ الکترونی نشر میدانی (FE-SEM)، میکروسکوپ پراب پویشی (AFM)، روش فوتولومینسانس (PI)، روش فوتوالکترونی پرتو ایکس (XPS)، طیف‌سنجی رامان، روش طیف بینی مادون‌قرمز بازتابی تضعیف‌شده (ATR) و پراکندگی نور دینامیکی (DLS) اشاره کرد (7).

روی، از ریزمغذی­های ضروری است که در فعالیت بیش از 300 نوع آنزیم در بدن مشارکت می­کند (8)، روی در فرآیندهای­ بیولوژیکی متعددی از قبیل متابولیسم گلوکز نقش دارد. نانوذره­ی روی به‫خاطر خواص استثنایی فیزیکوشیمیایی استفاده­های متعددی دارد که آن را به‌عنوان گزینه­ی مناسبی برای استفاده­ در زمینه­های پزشکی از قبیل سیستم انتقال دارو، عکس‌برداری زیستی، تشخیص مولکولی و درمان سرطان معرفی می­کند (11-9). امروزه استفاده از نانوذره­ی روی در کشاورزی، تصفیه آب، صنعت و لوازم ‌آرایشی افزایش‌یافته است (15-12).

 

 

شکل 2: روش‫های متفاوت شناسایی نانوذرات روی

با توجه به گستره­ی وسیع کاربردهای نانوذره­ی روی در انسان (شکل 3)، مطالعات متعددی برای تایید سلامت نانوذرات ضروری به‫نظر می­رسد. نانوذرات قادر به عبور از پوست، ریه­ها و سد خونی مغزی هستند (16). مطالعات متعدد ثابت کرده­اند که نانوذرات روی در شرایط برون­تنی، یا مصرف خوراکی یا استنشاقی به‌راحتی در بافت‌های متعدد تجمع پیدا می­کنند و میزان تجمع بسته به بافت متفاوت است. کبد، کلیه، ریه، مغز و طحال اندام­های حیاتی با میزان بالای تجمع نانوذره­ی روی هستند (17) که علائمی از سمیت به نانوذرات روی را در پی مصرف و تجمع نشان می­دهند (20-18). بعلاوه نانوذرات فلزی ظرفیت عبور از سد خونی بیضه­ای را به‌واسطه اندازه­ی خود دارند که با ایجاد پاسخ التهابی، یکپارچگی سد خونی بیضه­ای را به مخاطره می­اندازند (16). در این مطالعه به بررسی برخی از کاربردهای نانوذرات اکسید روی در حوزه­ی علوم زیستی پرداخته می­شود.

 

 

 

 

شکل 3: برخی از کاربردهای نانوذرات روی

 

تأثیر نانوذره­ی روی بر سلول­های بنیادی

سلول­های بنیادی دسته­ای از سلول­ها هستند که با دو ویژگی تکثیر زیاد و تمایز به انواعی از سلول­ها بسته به ماهیت این سلول­ها شناخته می­شوند. این سلول‌ها بر مبنای تمایز به سلول‌های همه­توان (این دسته از سلول‌ها انواع سلول‌های بدنی و جفت را ایجاد می­کنند مانند سلول تخم)، سلول‌های پرتوان (این دسته از سلول‌ها به انواع مختلف سلول‌های بدنی و بخش­هایی از جفت تبدیل می­شوند مانند سلول‌های بنیادی رویانی)، سلول‌های چند توان (در این دسته از سلول‌ها قدرت تمایزی کاسته شده و تنها به رده­هایی از سلول‌های بدنی تمایز پیدا می­کنند مانند سلول‌های بنیادی مزانشیمی) و سلول‌های تک توان (این دسته از سلول‌ها تنها به یک رده از سلول‌های بدنی تمایز پیدا می­کنند مانند سلول‌های بنیادی اسپرماتوگونیال که نهایتا سلول‌های اسپرم را ایجاد می­کنند) (24-21). سلول‌های بنیادی در اهداف مختلفی ازجمله طب ترمیمی بسیار پرکاربرد می‫باشند.

غلظت روی در بافت­هایی همچون بیضه، پروستات و مایع سمینال بالا است و نشان از کاربرد عنصر روی در دستگاه تولیدمثل دارد که به‫ تقویت فرآیند اسپرم­سازی، بلوغ اسپرم و حفظ لایه­ی زایا منجر می­شود (25، 26). علاوه­براین، روی خاصیت آنتی‌اکسیدانتی دارد و نقش مهمی در حفاظت‌ سلول‌ها در برابر رادیکال‌های آزاد بازی می­کند (27، 28). افزودن نانوذره­ی روی به محیط کشت سلول‌های بنیادی اسپرماتوگونیال موش در غلظت 10 میکروگرم در میلی­لیتر سبب افزایش بیان مارکرهای مرتبط با خودنوزایی از قبیل Plzf، Gfr و Bcl6b و ژن‌های مرتبط با تمایز در طول فرآیند اسپرماتوژنز از قبیل Vasa، Dazl، C-kit و Sycp3 شده بود. محققان در آن مطالعه پیشنهاد کرده­اند که احتمالا نانوذرات روی می­تواند بر عملکرد دستگاه تولیدمثلی موثر باشند و سبب افزایش اسپرماتوژنز از طریق افزایش بیان ژن‌های مرتبط با خودنوزایی و تمایز سلول‌های بنیادی اسپرماتوگونیال شوند (29). اضافه کردن غلظت­های مختلف نانوذره­ی روی به محیط سلول‌های رده­ی GC-1 مشتق از رده­ی سلولی اسپرماتوگونیال موشی، به‌عنوان حد واسط سلولی بین اسپرماتوگونی­های نوع B و اسپرماتوسایت­های اولیه، برای مدت‌زمان 6 یا 12 ساعت نشان داد که غلظت­های بالای نانوذره­ی روی اثرات سمی بر سلول‌های GC-1 داشته که منجر به افزایش سطح تولید Reactive oxygen species ) ROS)، آسیب به DNA، اسکلت سلولی و تغییرات فعال اسکلت هسته­ای و در نهایت مرگ سلولی شده بود (30)

تیمار سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از بافت مغز استخوان و چربی با نانوذرات روی با اندازه­های 10 تا 30 و 35 تا 45 نانومتر نشان داد که غلظت­های 5 و 10 میکروگرم در میلی‌لیتر نانوذره‌ی روی به ترتیب با اندازه­ی 10 تا 30 و 35 تا 45 برای این سلول‌ها مشکلی نداشتند. آنالیز سلولی نشان داد که اندازه­ی کوچک نانوذره­ی روی در مقایسه با ذرات بزرگ‌تر، اثرات منفی­تری بر فرآیند ورود سلول به سنتز DNA در مقایسه با سایزهای بزرگ‌تر داشت. فرآیند پیری در پی تیمار سلول‌ها با اندازه­های کوچک نانوذرات روی افزایش ‌یافته بود. هر دو اندازه نانوذرات منجر به افزایش بیان ژن‌های مرتبط با پیری مانند NF-kB و p53 و کاهش بیان ژن ضد پیری مانند nanog شده بودند (31).

روی عنصری ضروری در فرآیند استخوان‌سازی و ترمیم بافت استخوان آسیب‌دیده است. حضور نانوذره­ی روی با غلظت 30 میکروگرم در میلی­لیتر در محیط کشت تمایز به سلول­های استخوانی، سلول‌های بنیادی مزانشیمی مشتق از مغز استخوان انسان سبب افزایش بیان مارکرهای استخوان­ساز از قبیل آلکالین فسفاتاز، استئوکلسین و استئوپویتین در مقایسه با سلول‌های شاهد و گروهی که 60 میکروگرم در میلی­لیتر نانوذره را دریافت کرده بود شد (32). نانوذره­ی روی سبز سنتز شده سبب افزایش تکثیر، تمایز و مینراله شدن بدون تأثیر سمی بر سلول‌های MG-63 شده است. درواقع، نانوذره­ی روی سبب تحریک تشکیل استخوان می­شود (33). همچنین تیمار سلول­های بنیادی آندومتر انسانی با نانوذرات اکسید روی در محیط سه بعدی باعث تمایز موثر این سلول­ها به سلول­های تولید کننده انسولین شده است که بیانگر پتانسیل نانوذره اکسید روی در زمینه درمان سلولی است (34).

 تعداد مطالعاتی که به بررسی نقش نانوذرات روی بر روی تمایز یا حتی تکثیر سلول‌های بنیادی مختلف پرداخته بسیار اندک است و درمجموع به نظر می­رسد که نیاز به بررسی­های بیشتر در این رابطه ضروری باشد. در غالب موارد با توجه به نقش روی در فرآیند استخوان‌سازی به بررسی تمایز این مواد بر روی فرآیند تمایز به استخوان پرداخته‌شده که در این صورت نیز نیاز به مطالعات تکمیلی ضروری به‫نظر می‌رسد.

خواص ضد میکروبی نانوذرات روی

اکسید روی نانو شده مورفولوژی­های متعدد را نشان می­دهد و فعالیت ضد باکتریایی را بر روی طیف وسیعی از گونه­های باکتریایی نشان می­دهد (35). اکسید روی فرموله شده در هر دو مقیاس نانو و میکرو اثرات ضد باکتریایی از خود نشان می­دهد. زمانی ­که اندازه­ی ذرات اکسید روی کاهش می­یابد فعالیت ضد باکتریایی افزایش پیدا می­کند، نانوذرات اکسید روی با سطح باکتری و یا با هسته­ی باکتری جاییکه وارد درون سلول می­شود واکنش نشان می­دهد و در نهایت مکانیسم­های باکتری­کشی مشخصی را ارائه می­دهد (36). واکنش بین این مواد منحصربه‌فرد و غالباً سمی است که این مواد در صنایع غذایی به خاطر کاربردهای ضد باکتریایی استفاده می­شوند.

جالب است که در گزارش‌ها متعدد نانوذرات روی برای سلول‌های انسانی غیر سمی هستند (37)، اثرات ضد میکروبی نانوذرات روی علیه میکروارگانیسم­های سمی با زیست سازگاری مناسب با سلول‌های انسانی بسیار مهم است (38). مکانیسم­های متعدد ضد باکتریایی نانوذرات غالبا به نسبت سطح به حجم ویژه­ی بالا و خواص فیزیکوشیمیایی منحصربه‌فرد آن‌ها نسبت داده می‫شود. در حقیقت تماس مستقیم نانوذره­ی اکسید روی با دیواره­ی سلول، سبب تخریب یکپارچگی باکتری شده، آزادسازی یون­های ضدمیکروبی عمدتا Zn2+ و تشکیل ROS روی می­دهد (39). بااین‌حال، مکانیسم­های دقیق اثرات ضد میکروبی نانوذرات روی هنوز موردتردید است، اگرچه که پیشنهادهای متعددی مطرح و موردقبول واقع ‌شده‌اند.

Raghupathi  و همکاران فعالیت ضد باکتریایی نانوذره­ی اکسید روی را به افزایش تولید ROS به‌وسیله‌ی نانوذرات بعد از مواجه با لامپ UV نسبت داده­اند. بااین‌حال، برخی مطالعات نشان داده که ROS می­تواند حتی بدون مواجه با لامپ UV نیز تولید گردد (35، 40). Hirota و همکاران (41) سرامیک­های اکسید روی با فعالیت ضد باکتریایی پایدار را سنتز کردند. آنالیزهای رزونانس اسپین الکترون و فوتولومینسانس شیمیایی نشان داد که فعالیت ضدمیکروبی اکسید روی می­تواند به بار منفی مانند رادیکال‫های هیدروکسیل و سوپراکسید نسبت داده‌شده، بنابراین نمی­توانند به دیواره­ی سلول نفوذ کنند اما تماس مستقیم می­تواند سبب آسیب شود؛ بنابراین، این گروه­ها می­توانند تنها در خارج از باکتری یافت شوند. برعکس، پراکسید هیدروژن قادر به عبور از دیواره­ی سلول بوده و می­تواند وارد سلول شود و محرک مرگ سلولی شوند.

D’Água و همکاران (42) نشان داده­اند که باکتری­هایی که به پراکسیدهیدروژن حساس هستند به نانوذرات روی بسیار حساس­تر هستند. Kadiyala و همکاران (43) اخیرا مکانیسم ضد باکتریایی نانواکسید روی علیه استافیلوکوکوس اورئوس مقاوم به متی‫سیلین بررسی کرده­اند. برخلاف مطالعاتی که ثابت کرده­اند که فعالیت ضدمیکروبی وابسته به ROS یا Zn بوده است، سمیت ROS واسطه­ی اصلی فعالیت ضدمیکروبی نبوده است. مرتبط‌ترین پارامترها برای توضیح فعالیت نانوذرات اکسید روی مکانیسم‌هایی بود که پیریمیدین، متابولیسم قند و بیوسنتز اسیدآمینه را شامل می‌شد.

نانوذره­ی روی سبب مهار رشد و القای استرس اکسیداتیو در باکتری S.pyogenes در غلظت­های 10 تا 100 میکروگرم در میلی­لیتر برای مدت ‌زمان 24 ساعت شده است. در آن مطالعه نتایج آزمون FT-IR نشان داد که نانوذره­ی روی به پلی­پپتیدها و گلیکوژن دیواره­ی باکتری اتصال پیداکرده است. علاوه ­براین، اتصال نانوذرات روی به دیواره­ی باکتری توسط میکروسکوپ SEM (Scanning electron microscope) نیز تائید شد که این اتصال سبب تخریب دیواره و آسیب به سلول شده بود (44). با وجود مطالعات متعدد مرتبط با اثرات ضد میکروبی نانوذرات اکسید روی بر روی سویه­های متعدد باکتری همچنان مکانیسم‌های دقیق فعالیت­های ضد باکتریایی ناشناخته است و بررسی­های مولکولی دقیق برای تعیین این مکانیسم­ها ضروری به‫نظر می­رسد.

اثرات ضد سرطانی نانوذره روی

سرطان، شرایط کنترل نشده­ی تکثیر سلولی است، در دهه­های گذشته برای درمان آن از شیمی­درمانی، پرتودرمانی و جراحی استفاده‌شده است (47-45). این‌گونه درمان‌ها مطمئنا در از بین بردن سلول‌های سرطانی مؤثر هستند، اما در کنار آن، به دلیل تأثیرات غیرانتخابی که می­تواند بر سلول‌های سالم تحمیل گردد هزینه­های مضاعف و پیامدهای نامطلوبی را در پی دارد (48). همچنین این درمان‌ها در حال حاضر به‫دلیل توسعه­ی نانوپزشکی، داروسازی هدفمند و مهارکننده­های چند منظوره در درمان سرطان در حال منسوخ شدن هستند (49). در عوض حوزه­ی نانودارویی شاخه­ای از بیوتکنولوژی کاربردی در پزشکی است که از نانوذرات مهندسی شده در درمان بیماری­ها استفاده می­کند. نانوپزشکی با قابلیت‌های تصویربرداری و درمانی پیشرفته، پتانسیل تشخیص زودهنگام سرطان و درمان سرطان را دارد (50). نانوذرات دارای مزایای دیگر از جمله هدف­گیری فعال/ غیرفعال، حلالیت/دسترسی زیستی بالا، زیست سازگاری و چند کاربردی نسبت به درمان‌های سنتی سرطان دارد.

محققین نشان داده­اند که استفاده از نانوذره­ی روی به‌عنوان حامل، می­تواند علیه سلول‌های متفاوت سرطانی دارای اثر باشد (51، 52). برای مثال Ahamed و همکاران (53) نشان داده­اند نانومیله­های اکسید روی فعالیت ضد سرطانی علیه سلول‌های A549 به‫روش وابسته به غلظت نشان می­دهند. تولید داخل سلولی ROS، فعالیت p53 و پروتئین­های کاسپاز سلول به مکانیسم­های ضد سرطانی وابسته به فعالیت نانومیله­های اکسید روی نسبت داده می­شود. همچنین، Berardis De همکاران (54) پتانسیل ضد سرطانی نانوذرات اکسید روی علیه سلول‌های سرطان کولون انسانی (سلول‌های LoVo) را شرح داده­اند. در آن مطالعه نویسندگان توضیح داده­اند که تولید داخل سلولی ROS نقش خاصی در فعالیت ضد سرطانی نانوذرات اکسید روی بازی می­کند. Akthar و همکاران فعالیت سمی نانوذرات اکسید روی بر روی سه رده­ی سلولی مختلف سرطانی (HepG2، A549، BEAS-2B) و سلول‌های سالم موش صحرایی (سلول‌های آستروسایت و سلول‌های کبدی) بررسی کردند. نتایج آن‌ها نشان داد که نانوذرات اکسید روی سبب القای سمیت در سلول‌های سرطانی می­شوند که توسط وقایع مولکولی متعدد از قبیل فعال‌سازی آنزیم کاسپاز، فرگمنت شدن DNA، تولید ROS و غیره به اثبات رسیده است. اثرات سمی نانوذرات اکسید روی علیه سلول‌های سالم مشاهده نشده بود (55). همچنین، اثر ضد سرطانی نانواکسید روی علیه رده سلول سرطانی بدخیم سر و گردن (HN5) گزارش‌شده است. ‌طوری‌که نانوذره اکسید روی با غلظت 300 میکروگرم در میلی‌لیتر بیشترین تأثیر در القای مرگ سلولی در این رده داشت (56). نتایج مطالعات متعدد نقش سمی وابسته به غلظت نانوذرات اکسید روی را علیه سلول‌های سرطانی نشان می­دهند که آن را کاندیدای مناسبی در زمینه شیمی‌درمانی سرطان معرفی می­کند.

خاصیت آنژیوژنیک نانوذرات روی

آنژیوژنز به‌عنوان رشد عروق خونی جدید از عروق موجود تعریف می­شود (57). عروق­زایی دوره­ی بیولوژیکی حیاتی است که شامل فرآیندهای متفاوت فیزیولوژیکی (مانند رشد جنین، رشد مو، چرخه­ی قاعدگی، بهبود زخم و غیره) و فرآیندهای پاتولوژیکی (مانند رتینوپاتی دیابتی، آترواسکلروز، آرتریت روماتوئید، سرطان، بیماری­های ایسکمیک و قلبی عروقی و غیره) است (57). سایتوکاین­های متعددی در عروق­زایی دخالت دارند که ازجمله می­توان به فاکتور رشد اندوتلیال عروقی (VEGF)، فاکتور رشد فیبروبلاستی (bFGF)، فاکتور رشد مشتق از پلاکت (PDGF)، فاکتور رشد هپاتوسیت (HGF) و غیره اشاره کرد که اغلب برای درمان ایسکمی و بیماری­های قلبی عروقی که با عوارض متعدد از قبیل فیبروز، ترومبوز، دسترسی زیستی پایین و هزینه­های بالا استفاده می­شوند که محققان را ملزم به یافتن مواد و داروهای عروق­زای جدید برای حل این محدودیت­ها نموده است. در این زمینه گروه­های تحقیقاتی متعدد از نانوذرات معدنی از قبیل نانولوله­های En(OH)3 (58)، نانولوله­های کربن (59)، نانوذرات نقره­ی پوشش دهی شده با پلی­ونیل پیرولیدون (60)، نانوذرات پوشش دهی شده با پپتید (61) و گرافن اکسیدها (62) استفاده کرده­اند که نقش عروق­زایی آن‌ها در مطالعات عروق­زایی متعدد بررسی ‌شده است. نانوذره­ی روی سنتز شده به کمک ماکروویو فعالیت عروق­زایی مناسبی را در شرایط آزمایشگاهی و دورن تنی نشان داده است (63). تکثیر و مهاجرت سلول­های اندوتلیال دو مرحله­ی کلیدی عروق­زایی هستند که حین ترمیم زخم با کمک نانوذرات اکسید روی مشاهده می­شود. نانوذره­ی اکسید روی سبب القای تکثیر و مهاجرت سلول‌های اندوتلیال با الگوی وابسته به غلظت در مقایسه با گروه شاهد شد. در مطالعه­ای دیگر Augustine و همکاران  نانو داربست‌های الکتروریسی PCL همراه با نانوذرات اکسید روی را سنتز کردند و ثابت کردند که ویژگی­های عروق­زایی داشته است (64).

طی آنالیز نانوذره­ی روی در غشای کوریوآلانتویس مشخص شد که به­طور معنی­داری تعداد و اندازه­ی عروق خونی و به همان اندازه، سایز و وزن رویان­ها را کاهش داده بود. ارزیابی ادم پنجه موش نشان داد که نانوذرات قادر به کاهش التهاب هستند. الگوی بیان ژن‌های VEGF و گیرنده­ی آن در سلول‌های سرطانی MCF-7 نشان داد که نانوذرات اثر مهاری بر بیان هر دو ژن دارند. بیان ژن‌های IL-10 و Il-1B به ترتیب افزایش و کاهش‌یافته بود نانوذرات همچنین تکثیر سلول‌های سرطان سینه را کاهش داده بود (65). در مطالعه‌ای دیگر نیز نانوذرات روی سبب کاهش تعداد، طول عروق غشای کوریوآلانتویس و وزن رویان جوجه­ها در مقایسه با گروه شاهد شده بود (66). با این حال همچنان لزوم مطالعات بیشتر درون­تنی در ارتباط با یافتن اثرات مثبت و منفی نانوذرات اکسید روی بر فرآیند عروق­زایی ضروری به‫نظر می­رسد.

 

اثرات ضد دیابتی نانوذرات روی

دیابت به گروهی از بیماری­های متابولیکی که با سطح بالای قند خون در ارتباط است اطلاق می­شود و یکی از پنج عامل اصلی مرگ ‌و میر در دنیا است. در سال 2013 حدود 150 میلیون نفر در دنیا از بیماری دیابت رنج می­بردند و تخمین زده می­شد که تا 20 سال آینده این مقدار به حدود دو برابر برسد (67). چنین جمعیت عظیمی از بیماران و ماهیت ناهمگن خود بیماری مستلزم توسعه روش درمانی مقرون‌به‌صرفه با اقدامات متعدد است. افزایش دانش مرتبط با نقش فلزات دخیل در متابولیسم گلوکز و ارتباط کمبود آن‌ها با بیماری دیابت انگیزه­ی بزرگی برای تحقیق در این زمینه ایجاد کرده است. وانادیوم (68)، کروم (69)، منیزیم (70)، کبالت (71) و روی (72) نقش مهمی در هموستاز گلوکز بازی کرده و در درمان دیابت دخالت دارند.

روی در متابولیسم گلوکز مشارکت دارد. روی سبب افزایش گلیکوژنز کبدی از طریق اثر بر روی چرخه­های سیگنالی انسولین شده و بنابراین سبب بهبود استفاده از گلوکز می­شود (73). روی سبب مهار جذب روده­ایی گلوکز (74) و افزایش مصرف گلوکز در ماهیچه­ی اسکلتی و بافت چربی می­شود (73) همچنین در کاهش سطح گردش خونی گلوکز مشارکت دارد. علاوه­براین، روی سبب مهار ترشح گلوکاگون (75) شده که باعث کاهش گلوکونئوژنز و گلیکوژنولایسیس می­گردد.

روی سبب افزایش یکپارچگی ساختار انسولین شده (76) و نقش مهمی در سنتز، ذخیره­سازی و ترشح آن بازی می­کند (8). انتقال­دهنده­های وابسته به روی در سلول‌های بتای پانکراس (77) شناسایی‌شده است و نقش انتقال‌دهنده‌ی 8 وابسته به روی در ترشح انسولین تحریک‌شده با گلوکز روشن‌شده است (78) که بر دخالت روی در اگزوسیتوز انسولین تأکید دارد. فعالیت‌های تقلیدی روی از انسولین نیز مشخص‌شده است که سبب افزایش لیپوژنز و مهار آزادسازی اسید چرب غیر استریفیه (NEFA) از سلول‌های چربی شده است (79). مهار فعالیت پروتئین-تیروزین فسفاتاز 1B به‌وسیله‌ی روی گزارش‌شده است، بنابراین سبب افزایش سیگنال انسولین می­شود (80). همچنین روی سبب بهبود سیگنال انسولین با مکانیسم‌های دیگر از قبیل افزایش فسفوریلاسیون تیروزین گیرنده­ی انسولین، افزایش فعالیت PI3K و مهار گلیکوژن سینتاز کیناز 3 می­شود (73).

کمبود روی با بروز دیابت ارتباط دارد و ممکن است سبب پیشرفت دیابت نوع 2 شود (72). کاهش روی در پانکراس توانایی سلول‌های بتا در تولید و ترشح انسولین را کاهش می­دهد (81). علاوه­براین، روی اثرات آنتی­اکسیدانتی داشته که مشکلات استرس اکسیداتیو دیابت را تشدید می­کند. بنابراین، ارتباط داخلی پیچیده بین روی، دیابت و مشکلات دیابتی وجود دارد. توسعه­ی درمان مبتنی بر روی برای هر دو دیابت نوع 1 و 2 با عوارض مرتبط با آن در حقیقت پیشنهاد جالبی بوده است.

کمپلکس­های متعددی از روی سنتز شده­اند که اثرات سودمند آن‌ها بر روی مدل‌های جوندگان دیابتی به اثبات رسیده است (82، 83). مصرف خوراکی نانوذره­ی روی سبب اثرات معنی­دار ضد دیابتی شده که مقاومت به گلوکز را بهبود می­بخشد، سطوح بالاتر انسولین سرم خون (70 درصد)، کاهش قند خون، کاهش اسیدهای چرب استریفیته و کاهش تری­گلیسریدها را در پی داشته است. نانوذرات روی به‌صورت سیستمیک جذب‌شده و سبب افزایش سطوح روی در کبد، بافت چربی و پانکراس می‫شوند. افزایش ترشح انسولین و فعالیت سوپراکسیداز دیسموتاز همچنین مشاهده‌شده است (84). در مطالعه­ای دیگر نانوذره‫ی روی سبب کاهش سطح قند خون در موش‌های دیابتی شده با استرپتوزتوسین شد و از کاهش تعداد فولیکول‌های آغازین ناشی از دیابت جلوگیری کرد و تعداد جسم­های زرد را افزایش داد (85). به‫نظر می­رسد که نانوذرات اکسید روی عاملی امیدبخش در درمان دیابت به همان اندازه کاهش مشکلات ناشی از آن است.

انتقال ژن

از انتقال ژن عمدتا جهت درمان عوارض ژنتیکی به روش ژن‌درمانی استفاده می­شود (86). با این‌حال، بار منفی غشای پلاسمایی انتقال اسیدهای نوکلئیک را محدود می­کند (87). در این رابطه، نانوتکنولوژی استراتژی جایگزین برای انتقال اسیدهای نوکلئیک به مکان مناسب در سیستم بدنی را فراهم آورده است. در برخی گزارش‌ها ثابت‌شده است که نانوذرات اکسید روی می­توانند سیستمی کارآمد برای انتقال ژن باشند. برای مثال Zhang و Liu (88) سیستم انتقال DNA مبتنی بر پلی (2-(dimethylamino) ethyl methacrylate) (PDMAEMA) حاوی نقاط کوانتومی اکسید روی با نشر زرد لومینسانس را معرفی کردند. ترکیب این نانوذرات با پلاسمید DNA راندمان انتقال عالی ژن را در سلول‌های COS-7 با سمیت پایین را نشان داد. محققین مدعی شدند که وجود لومینسانس زرد سیستم واقعی انتقال ژن را نشان داده است. در مطالعه‌ای دیگر توسط Kumar و همکاران (89). نانو کپسول‌های زیست سازگار اکسید روی-اکسید سیلیکا با ساختار مزوپروس برای انتقال دارو و اسید نوکلئیک طراحی کردند. ترکیب نانوذرات اکسید روی در ماتریکس اکسید سیلیکا قادر به بارگذاری اسیدهای نوکلئیک با بار منفی در کمپلکس اکسید روی-سیلیکا بود. مولفین آزادسازی DNA و دارو از کمپلکس اکسید-روی-سیلیکا را نشان دادند که می­تواند برای انتقال ژن و دارو هر دو کاربرد داشته باشد

ترمیم زخم

پوست اندام مهمی در بدن است. پوست، بدن را از تهاجمات خارجی محافظت می­کند. زخم­ها می­توانند با یا بدون ضایعه­ی بافتی ایجاد شوند. زخم می­تواند به‌صورت حاد یا مزمن باشد. فرآیند ترمیم زخم، پوست را پس از آسیب بازسازی می­کند. ترمیم زخم شامل چهار مرحله فرآیندهای بیوشیمیایی و سلولی است که همپوشانی دارند. این فرآیندها شامل هموستاز، التهاب، تکثیر و بازسازی است. در این مراحل بسیاری از سلول­ها و فاکتورهای رشد دخالت دارند. پوست به‌طور طبیعی با فرآیند ترمیم التیام پیدا می­کند (92-90).

نخستین هدف در فرآیند ترمیم زخم تسریع ترمیم با حداقل تشکیل اسکار است (93). ترمیم زخم به‌وسیله‌ی متغیرهای متعددی مانند تامین خون کافی، اندازه­ی زخم، عفونت، سن، جنس و بیماری دیابت تحت تأثیر قرار می­گیرد (94). روی به‌طور موضعی ترمیم زخم­های کوچک و حاد (95)، همچنین تشکیل مجدد اپیتلیوم، کاهش التهاب و رشد باکتری را تسریع می­بخشد (96).

اکسید روی با ویژگی­های فوتوکاتالیستی و ظرفیت فوتو-اکسیده کردن علیه گونه­های شیمیایی و بیولوژیکی شناخته می­شود (97). نانوذرات اکسید روی ویژگی­های ضد قارچی و ضد باکتریایی هم دارند که علیه باکتری­های گرم مثبت و منفی مؤثر است (98). نانوذرات اکسید روی سبب بهبود ترمیم زخم و کاهش عفونت­های زخم در اسب شده­اند (99). در مطالعه­ای دیگر، تکثیر سلول‌های فیبروبلاستی در حضور نانوذرات با اندازه ­بزرگ‌تر بهتر صورت گرفت. این در حالی بود که فعالیت ضد باکتریایی نانوذرات اکسید روی در اندازه­های کوچک‌تری از نانوذرات صورت گرفت (100). نانوذره­ی سبز اکسید روی با شکل کروی و اندازه­ی 10 تا 20 نانومتر، نرخ انقباض زخم، اپیتلیالیزه شدن را بهبود بخشید بود. در آن مطالعه مارکرهای انقباضی، بیوشیمیایی مانند محتوی هیدروکسی پرولین بافت گرانوله شده و پروفایل آنزیم­های آنتی­اکسیدانتی بهبود یافته بود (101). مواد کامپوزیتی حاوی نانوذرات اکسید روی سبب بهبود زخم، تنظیم اکسیژن‌رسانی، خون‌رسانی و کاهش هایپوکسی و استرس اکسیداتیو در زخم­های حاصل از سوختگی شده­اند (102).

با توجه به این‫که فرآیند ترمیم زخم بسیار پیچیده است و عوامل مختلفی در ترمیم و مهار عفونت­های زخم مؤثر هستند شناخت ترکیباتی با حداقل ضرر و مؤثر در این فرآیند بسیار ضروری است. با توجه به نتایج به‌دست ‌آمده از مطالعات مختلف به نظر می­رسد پتانسیل نانوذرات خصوصا اکسید روی در ترمیم زخم و کاهش عفونت­های ایجاد شده در محل زخم نیاز به بررسی بیشتری دارد.

ایمنی­درمانی

در دهه­های اخیر، ایمنی­درمانی با انتقال مولکول‌های ایمنی (آنتی­ژن­ها، ادجوانت­ها و آنتی­بادی­ها) به استراتژی پیشرفته­ای برای مبارزه با بیماری­های مختلف تبدیل‌شده است. با این‌حال، انتقال این مولکول­ها به شکل هدفمند، چالشی برای رسیدن به درمان مناسب است. در این زمینه، نانوتکنولوژی نقش مهمی برای انتقال انواع مولکول‌های ایمنی جهت واکسیناسیون، ادجوانت­تراپی و ایمنی­درمانی بازی می­کند. اخیرا، نانوذرات روی در ایمنی­درمانی موردتوجه محققان بسیاری بودند. برای مثال، Roy و همکاران اثر ادجوانت نانوذرات اکسید روی زمانی که با آلبومین به درون صفاق تزریق می­شوند را به اثبات رسانده­اند. مؤلفین ثابت کرده­اند که سطوح سرمی IgG1 و IgE در پی تیمار با نانوذرات اکسید روی به‌طور معنی­داری افزایش‌ یافته بود (103).

انتقال دارو

استفاده از نانوذرات در انتقال هدفمند دارو فرصت مناسبی برای درمان مؤثر و سالم­تر سرطان را فراهم می­آورد. با هدف قرار دادن اختصاصی جایگاه سلول‌های سرطانی، انتقال داروهایی مبتنی بر نانوذرات می­تواند مقدار کل داروی استفاده‌ شده را کاهش داده و بنابراین اثرات جانبی نامطلوب را به حداقل میزان خود برساند (52، 104). در مقایسه با دیگر نانوذرات، نانوذرات اکسید روی به خاطر ویژگی­های سمیت پایین و تجزیه­پذیری موردتوجه هستند. نانوذرات اکسید روی برای انتقال داروی سرطان بسیار موردتوجه هستند. انواع مختلفی از داروها از قبیل دوکسوروبیسین، پاکلیتاکسل، کورکومین و بایکالین یا قطعات DNA می‫توانند روی نانوذرات اکسید روی لود شوند تا حلالیت بهتر، سمیت کمتر در مقایسه با عوامل انفرادی و انتقال مؤثر به سلول‌های سرطانی را نشان دهند (108-105).

Hariharan و همکاران (109) از تکنیک رسوب همزمان برای به‫دست آوردن نانوذرات اکسید روی اصلاح‌شده با محلول PEG600، در پی آن لود کردن دوکسوروبیسین به شکل نانوکامپوزیت دوکسوروبیسین/نانوذرات اکسید روی/PEG استفاده کردند. نانوکامپوزیت دوکسوروبیسین/نانوذرات اکسید روی/PEG نه‌تنها سبب افزایش تجمع دوکسوروبیسین در داخل سلول شد بلکه مهار رشد وابسته به غلظت سلول‌های سرطان سرویکس HeLa را نیز به‫همراه داشت. Deng و  Zhang(110) همچنین با روش رسوب نانومیله­های اکسید روی را ساختند که برای حمل دوکسوروبیسین به شکل نانوکمپلکس دوکسوروبیسین/نانوذرات اکسید روی استفاده شد. بعد از کشت سلول‌های سرطان کبد SMMC-7721، نانوکمپلکس دوکسوروبیسین/نانوذرات اکسید روی به‌عنوان سیستمی کارآمد برای انتقال دارو به سلول‌های SMMC-7721 عمل کرده و جذب سلولی دوکسوروبیسین افزایش‌یافته بود. علاوه­براین، همراه با نور ماورابنفش، نانوکمپلکس دوکسوروبیسین/نانوذرات اکسید روی سبب مرگ بیشتر سلول­ها از طریق ویژگی­های فوتوکاتالیستی و هم­افزایی آپوپتوزیس وابسته به کاسپاز شد.

Puvvada و همکاران نانوحامل­های توخالی اکسید روی را ساختند که با سوبستراهای زیست­سازگار، پس از ترکیب با عوامل هدف‌گیری اسیدفولیک و بارگذاری با پاکلیتاکسل به‌عنوان نانوکمپلکس اکسید روی اسیدفولیک پاکلیتاکسل طراحی شدند (107). نانوکمپلکس اکسید روی اسیدفولیک پاکلیتاکسل تجمع زیستی ترجیحی را نشان داد و بیان گیرنده­ی فولات در سلول‌های سرطانی سینه رده MDA-MB-23 افزایش داد که باعث جذب و تجمع آن در سلول­های سرطانی سینه شد. به دلیل اندوسیتوز باواسطه فولیک اسید و رهایش درونی در اندولیزوزوم اسیدی، نانوکمپلکس­های اکسید روی اسیدفولیک پاکلیتاکسل نه‌تنها باعث افزایش معنی­دار سمیت سلولی در شرایط آزمایشگاهی علیه سلول‌های MDA-MB-231 شده بودند بلکه زنوگرافت تومورهای MDA-MB-231 در موش‌ها را کاهش دادند.

به‌منظور بهبود حلالیت و دسترسی زیستی کورکومین، Dhivya و همکاران دو کوپلمیر-انکپسوله شده با نانوذرات اکسید روی برای انتقال کورکومین، یعنی نانوکامپوزیت­های Cur/PMMA-PEG/ZnO NPs و Cur/PMMA-AA/ZnO NPs را سنتز کردند (112، 111). با استفاده از مطالعات تجربی، نانوکامپوزیت PMMA-PEG/ZnO NPs با متوسط اندازه­ی 80 نانومتر قادر به آزادسازی سریع‌تر کورکومین در شرایط اسیدی با pH حدود 8/5 بود. مقایسه ساختار نانومواد (نانوکورکومین، PMMA-PEG، نانوذرات روی و PMMA-PEG/ZnO)، نانوکامپوزیت Cur/PMMA-PEG/ZnO بیشترین مهار را علیه سلول‌های سرطان معده AGS داشته است و سبب القای استراحت سلولی در فاز S شده بود. در ارتباط با دیگر نانوکامپوزیت، PMMA-AA/ZnO NPs با اندازه­ی 42 نانومتر مقدار زیادی کورکومین انتقال یافت و اثرات ضد سرطانی مشخصی بر سلول‌های سرطان AGS داشت. گذشته از نقش نانوذرات اکسید روی در درمان هدفمند بیماری­ها با مشارکت در انتقال دارو به سلول‌های سرطانی، به نظر می‫رسد که شناخت مسیرهای هدایتی و مکانیسم­های فعالیت آن‌ها در شرایط آزمایشگاهی و درون­تنی جهت شناخت فعالیت این‌گونه داروها ضروری به نظر می­رسد.

نقش نانوذرات اکسید روی در مهندسی بافت

مواد نانوسلولزی خواص مکانیکی و مسدودسازی نشان می­دهد و نانوذرات اکسید روی خواص آنتی­ باکتریال عالی، ویژگی­های مسدودسازی ماورابنفش و خواص پایدار حرارتی فوق‌العاده را نشان می­دهند. به‫همین خاطر، کامپوزیت­های نانوسلولزی و نانوذرات اکسید روی با ویژگی­های عالی چندگانه در تحقیقات و صنعت بسیار جذاب هستند. نانوکامپوزیت سلولز/نانوذرات اکسید روی در جاهای مختلفی مانند حس‌گرها و صفحات الکترونیکی (113)، در کاتالیزورها (114)، واکنش­های بیوشیمیایی (115) و انواع مختلفی از فیلم­ها (116) استفاده می­شود.

در کاربرد برای پانسمان زخم، نفوذ اکسیژن عاملی است که در تهیه مواد کامپوزیتی در نظر گرفته می­شود، برای همین دانشمندان کامپوزیت هیبریدی حاوی نانوذرات اکسید روی و هیدروژل کربوکسی متیل سلولز را سنتز کردند که خواص ضد باکتریایی فوق­العاده، تورم ظاهری 100 درصدی و نفوذپذیری گاز 500 درصدی را نشان می­داد (117). نانوکامپوزیت­های نانوسلولز و نانوذرات اکسید روی استفاده­ی ترمیمی قوی 66 درصد زمانی که در حیوان آزمایش‌شده و خواص ضد باکتریایی فوق­العاده علیه استافیلوکوکوس اورئوس 3/94 درصد، سودوموناس آئروژینوزا 4/87 درصد و اشریشیاکولی 90 درصد نشان دادند (118). در یک مطالعه، نانوکامپوزیت­های قابل ‌تجزیه نانوهیبریدی با نانوذرات اکسید روی و هیدروکسی­اتیل سلولز برای ارائه­ی برنامه­های کاربردی درمان دیابت سنتز شده­اند (119).

نانو سلولز زیست­سازگار و قابل‌تجزیه و نانوذرات فلزی اکسید مبتنی بر کامپوزیت هیبرید استفاده­های متعددی مثل حس‌گرهای فرابنفش، سل­ها و آشکارسازهای نوری دارند (120). ازآن‫جاکه نانوذرات اکسید روی ویژگی­های فوق­العاده­ای در سنجش ماورابنفش دارند، با این‌حال، بسته به ابعاد و ساختار سطحی غشای نانوذرات اکسید روی، کامپوزیت حاوی پلی­مرهای شبه سلولز و نانوذرات اکسید روی می­توانند به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای فعالیت خود را در برنامه­های حسگرها بهبود بخشند (121). استفاده از بیوپلیمر­های نانوکامپوزیتی در حال رشد است و نانوذرات اکسید روی می­توانند با تنوع بالای ساختاری نانوکامپوزیت­ها برای اهداف مختلف ضد باکتریایی، آنتی ­اکسیدانتی و فوتوکاتالیستی به کار گرفته شوند. نانوذرات اکسید روی به دلیل خواص شگفت‌انگیز فراوانی که دارند، مانند گستره وسیعی از جذب اشعه ماوراء بنفش، پایداری نور بالا، زیست سازگاری و زیست تجزیه­پذیری، مواد منحصربه‌فردی هستند؛ اما وقتی با داربست­ها ترکیب می‌شوند، اهمیت و کاربرد آن افزایش می‌یابد.

چالش­ها و عوارض جانبی نانوذره اکسید روی

محصولاتی که نوید بخش توسعه فن­آوری­های جدید هستند خطرات ناشناخته­ای برای سلامتی انسان، حیوانات و محیط زیست نیز دارند. سازمان غذا و داروی آمریکا (FDA)، نانواکسید روی را به عنوان یک ماده ایمن شناخته شده (GRAS) در نظر گرفته است که این مواد شامل مواد مختلف در مقیاس میکرون تا اندازه­های بزرگتر است. بنابراین، تبدیل مواد در مقیاس ماکرو به مقیاس نانو باعث می­شود این مواد خواص جدیدی از جمله سمیت پیدا کنند. ذرات اکسید روی وقتی در معرض محیط­های بیولوژیک قرار می­گیرند تجزیه می­شوند و باعث آزاد شدن یون­ها می­شوند که منجر به تولید انواع اکسیژن فعال و القای استرس اکسیداتیو به سلول­ها می­شود. فلز روی جزء ضروری آنزیم­هایی مانند کربنیک آنیدراز، الکل دهیدروژناز، متالوپروتئیناز ماتریکس و فاکتورهای رونویسی مانند فاکتورهای رونویسی پروتئین زینک فینگراست. تغییر در هومئوستازی روی سلولی در شرایط آزمایشگاهی منجر به فقدان بقا، استرس اکسیداتیو و اختلال عملکرد میتوکندری می­شود. نانوذرات ZnO در محیط اسیدی به سرعت حل می شوند و غلظت موضعی بالایی از یون­های روی را تولید می­کنند.

روی نقشی ضروری در هومئوستازی سلولی دارد و در داخل سلول­ها به صورت متصل شده باقی می­ماند، زیرا روی آزاد بسیار واکنش پذیر و سیتوتوکسیک است. افزایش ناگهانی سطح روی آزاد ممکن است به لیزوزوم­ها آسیب برساند و باعث شود محتویات آن‫ها در سیتوپلاسم آزاد شود و در نهایت باعث مرگ سلولی شود. نانوذرات اکسید روی خاصیت جذب پروتئین را نشان می‫دهند که ممکن است علت سمیت سلولی آن‫ها باشد. انتشار داخل سلولی روی در اثر محیط اسیدی مسئول اصلی سمیت نانوسیم­های اکسید روی است. تغییرات آسیب­شناسی ناشی از نانوذرات اکسید روی عمدتا به اندازه و دوز آن‫ها بستگی دارد. نانوذرات اکسید روی در غلظت بالای 15 پی پی ام برای تمام سلول‫های انسان و جوندگان سمی هستند. در مطالعات متعددی که روی نانوذرات اکسید روی انجام شده است مشخص شده است که انواع مختلف سلول و حیوانات را تحت تاثیر قرار می دهند. مشخص شده است که با یک دفعه تجویز داخل صفاقی نانوذرات اکسید روی با اندازه 100 نانومتر (2.5 گرم بر کیلوگرم وزن بدن)، در کبد، طحال، ریه، کلیه و قلب تجمع یافت و غلظت آن از تجویز مقادیر مشابه ذرات اکسید روی  با اندازه 1 میکرومتر بیشتر بود (122).

  • نتیجه­گیری

   نانوذرات کاربردهای متعددی در حوزه­ها­ی تحقیقاتی به‫خاطر اندازه­ی کمتر از 100 نانومتر دارند. نانوذرات روی به روش‌های مختلفی مانند روش‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیک سنتز شده که روش اخیر روشی ارزان، دوست­دار محیط‌زیست و ارزان در مقایسه با سایر روش­ها است. پیشرفت­های اخیر در حوزه­ی نانوذرات در زمینه­های متفاوت زیست پزشکی، بیوسنسورها و نانوبیوتکنولوژی مشاهده‌شده است که به‫خاطر ویژگی­های متفاوت آن در مقایسه با حجم مواد مشابه، به‫دلیل اندازه­ی کوچک آن است. در میان فلزات متفاوت، نانوذرات اکسید روی به‌عنوان پلتفرم بالقوه­ای برای تحقیقات زیست پزشکی به‫خاطر ویژگی‫های ضد سرطان، ضد التهابی، آنتی ­اکسیدانتی، ضد باکتریایی، ضد دیابتی، ضد میکروبی، فتوکاتالایزوری و ترمیم زخم در نظر گرفته می­شوند. سمیت ذاتی نانوذرات اکسید روی باعث شده است که دارای اثرات مهاری قوی علیه سلول­های سرطانی و باکتری­ها باشند که به دلیل القای تولید ROS داخل سلولی و فعال‌سازی مسیرهای هدایتی آپوپتوزیس است و همین مسئله، نانوذرات اکسید روی را کاندیدای بالقوه­ای برای مبارزه علیه سلول‌های سرطانی و عفونت‌های باکتریایی ساخته است. علاوه ‫براین، نانوذرات اکسید روی به‌عنوان حامل دارویی با افزایش دسترسی زیستی داروها یا بیومولکول­ها، راندمان درمان را افزایش می­دهند. به‫علاوه، نانوذرات اکسید روی با توجه به توانایی در کاهش قند خون و افزایش سطح انسولین، پتانسیل امیدبخشی در درمان دیابت و کاهش عوارض ناشی از آن خواهند داشت. نانوذرات اکسید روی جزو مواد سالم تائید شده به‌وسیله‌ی FDA هستند. با این‌حال، برخی مسائل مهم در رابطه با نانوذرات اکسید روی هنوز نیاز به بررسی بیشتر دارد: 1) فقدان آنالیز مقایسه‫ای در رابطه با مزایای زیستی آن در مقایسه با سایر نانوذرات، 2) بحث ‌برانگیز ماندن محدودیت­های سمیت نانوذرات اکسید روی نسبت به سیستم­های بیولوژیکی، 3) فقدان تحقیقات تصادفی مبتنی بر شواهد به‌ویژه نقش­های درمانی در بهبود اثرات ضد سرطانی، ضد باکتریایی، ضد التهابی و ضد دیابتی، 4) نبود دیدگاه کافی در رابطه با مطالعات حیوانی ضد سرطانی، ضدباکتریایی، ضد التهابی و فعالیت‌های ضد دیابتی. پس از مطالعات متمرکز بر موضوعات ذکرشده در بالا، می‌توان کاربرد بالقوه نانوذرات اکسید روی در زمینه‌های تشخیصی و درمانی زیست پزشکی را بیشتر توضیح داد و درک کرد.

-

1-Greco RS, Prinz FB, Smith RL. (Eds.). (2004). Nanoscale Technology in Biological Systems (1st ed.). CRC Press. doi:10.1201/9780203500224
2- Guo, RG, Yu, LM, Liu, SF. Review of analytical methods for physical and chemical properties of nanomaterials. Anal Instrum 2018; 6: 9–15. doi: 10.9734/irjpac/2019/v19i430117
3- Jeevanandam J, Barhoum A, Chan Y S, Dufresne A, et al. Review on nanoparticles and nanostructured materials: history, sources, toxicity and regulations. Beilstein J. Nanotechnol, 2018;9: 1050–1074. doi:10.3762/bjnano.9.98
4- Kołodziejczak-Radzimska A, Jesionowski T. Zinc Oxide—From Synthesis to Application: A Review. Materials. 2014;7(4):2833. doi: 10.3390/ma7042833
5- Elumalai K, Velmurugan S, Ravi S, Kathiravan V, et al. RETRACTED: green synthesis of zinc oxide nanoparticles using Moringa oleifera leaf extract and evaluation of its antimicrobial activity.‏ Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 2015; 143: 158-164. doi:10.1016/j.saa.2015.02.011
6- Salam H A, Sivaraj R, Venckatesh R. Green synthesis and characterization of zinc oxide nanoparticles from Ocimum basilicum L. var. purpurascens Benth.-Lamiaceae leaf extract. Mater. Lett., 2014; 13: 16-18. doi:10.1016/j.matlet.2014.05.033
7- Agarwal H, Kumar SV, Rajeshkumar S. A review on green synthesis of zinc oxide nanoparticles–An eco-friendly approach. Resource-Efficient Technologies, 2017; 3(4): 406-413. doi:10.1016/j.reffit.2017.03.002
8- Haase H, Overbeck S, Rink L. Zinc supplementation for the treatment or prevention of disease: current status and future perspectives. Exp. Gerontol. 2008; 43(5): 394–408. doi: 10.1016/j.exger.2007.12.002
9- Sharma H, Kumar K, Choudhary C, Mishra PK, et al. Development and characterization of metal oxide nanoparticles for the delivery of anticancer drug. Artif Cells Nanomed Biotechnol. 2016;44(2):672-9. doi: 10.3109/21691401.2014.978980.
10- Jiang J, Pi J, Cai J. The advancing of zinc oxide nanoparticles for biomedical applications. Bioinorg Chem Appl, 2018.‏2018; doi:10.1155/2018/1062562
11- Madhumitha G, Elango G, Roopan SM. Biotechnological aspects of ZnO nanoparticles: overview on synthesis and its applications. Appl Microbiol Biotechnol. 2016 Jan;100(2):571-81. doi: 10.1007/s00253-015-7108-x.
12- Mikrajuddin, Lenggoro IW, Okuyama K, Shi FG. Luminescent Polymer Electrolytes Prepared by Growing ZnO Nanoparticles in the Matrix of Polyethylene Glycol. J. Electrochem. Soc. 2002, 149. doi:10.1149/1.1467369
13- Nohynek GJ, Lademann J, Ribaud C, Roberts MS. Grey goo on the skin? Nanotechnology, cosmetic and sunscreen safety. Crit Rev Toxicol. 2007 Mar;37(3):251-77. doi: 10.1080/10408440601177780.
14- Sabir S, Arshad M, Chaudhari SK. Zinc oxide nanoparticles for revolutionizing agriculture: synthesis and applications. Sci World J. 2014;2014:925494. doi: 10.1155/2014/925494. 
15- Lu H, Wang J, Stoller M, Wang T, et al. An Overview of Nanomaterials for Water Technology. Adv. Mater. Sci. Eng. 2017; 2016: 1–10. doi:10.4018/978-1-5225-2136-5.ch001
16- Lan Z, Yang WX. Nanoparticles and Spermatogenesis: How Do Nanoparticles Affect Spermatogenesis and Penetrate the Blood-Testis Barrier. Nanomedicine 2012; 7: 579–596. doi:10.2217/nnm.12.20
17-Chen A, Feng X, Sun T, Zhang Y, et al. Evaluation of the Effect of Time on the Distribution of Zinc Oxide Nanoparticles in Tissues of Rats and Mice: A Systematic Review. IET Nanobiotechnology 2016;10: 97–106. doi:10.1049/iet-nbt.2015.0006
18- Hao Y, Liu J, Feng Y, Yu S, et al. Molecular evidence of offspring liver dysfunction after maternal exposure to zinc oxide nanoparticles. Toxicol Appl Pharmacol. 2017 Aug 15;329:318-325. doi: 10.1016/j.taap.2017.06.021
19- Kuang H, Yang P, Yang L, Aguilar ZP, et al. Size dependent effect of ZnO nanoparticles on endoplasmic reticulum stress signaling pathway in murine liver. J Hazard Mater. 2016 Nov 5;317:119-126. doi: 10.1016/j.jhazmat.2016.05.063.
20- Abbasalipourkabir R, Moradi H, Zarei S, Asadi S, et al. Toxicity of zinc oxide nanoparticles on adult male Wistar rats. Food Chem Toxicol. 2015 Oct ;84:154-60. doi: 10.1016/j.fct.2015.08.019.
21- Soltani L, Rahmani H R, Joupari M D, Ghaneialvar H, et al. Ovine fetal mesenchymal stem cell differentiation to cardiomyocytes, effects of co‐culture, role of small molecules; reversine and 5‐azacytidine. Cell biochem funn, 2016; 34(4):s 250-261.‏ doi: 10.1002/cbf.3187
22-Soltani L, Rahmani H R, Joupari M D, Ghaneialvar H, et al. Effects of different concentrations of reversine on plasticity of mesenchymal stem cells. Indian J Clin Biochem, 2020; 35(2): 188-196. doi: 10.1007/s12291-018-0800-8
23-Soltani L, Mahdavi AH. Role of Signaling Pathways during Cardiomyocyte Differentiation of Mesenchymal Stem Cells. Cardiology.‏ 2022. doi: 10.1159/000521313
24-Mimeault  M, Batra SK. 2006. Concise review: recent advances on the significance of stem cells in tissue regeneration and cancer therapies. Stem. Cells. 24: 2319-2345. doi: 10.1634/stemcells.2006-0066
25- Masters DG, Fels HE. Effect of zinc supplementation on the reproductive performance of grazing Merino ewes. Biol Trac Elem Res. 1980; 2(4):281–90.
26- Valle BL. The biochemical basis of zinc physiology. Phys Rev. 1993; 73(1): 79-118.
27- Soltani L, Samereh S, Mohammadi T. Effects of different concentrations of zinc oxide nanoparticles on the quality of ram cauda epididymal spermatozoa during storage at 4°C. Reprod Domest Anim. 2022; doi:10.1111/rda.14130.
28- Jain A, Agrawal BK, Jadhav AA. Serum zinc and malondialdehyde concentrations and their relation to total antioxidant capacity in protein energy malnutrition. J Nutr Sci Vit. 2008; 54(5): 392-5.
29- Javadi A, Mokhtari S, Moraveji SF, Sayahpour FA, et al. Short time exposure to low concentration of zinc oxide nanoparticles up-regulates self-renewal and spermatogenesis-related gene expression. Int J Biochem Cell Biol. 2020 Oct;127:105822. doi: 10.1016/j.biocel.2020.105822.‏
30- Pinho AR, Martins F, Costa MEV, Senos AMR, et al. In Vitro Cytotoxicity Effects of Zinc Oxide Nanoparticles on Spermatogonia Cells. Cells. 2020 Apr 26;9(5):1081. doi: 10.3390/cells9051081
31- Deylam M, Alizadeh E, Sarikhani M, Hejazy M, et al. Zinc oxide nanoparticles promote the aging process in a size-dependent manner. J Mater Sci Mater Med. 2021 Sep 30;32(10):128. doi: 10.1007/s10856-021-06602-x.
32- Foroutan T, mousavi S. The effects of zinc oxide nanoparticles on differentiation of human mesenchymal stem cells to osteoblast. Nanomed J, 2015; 1(5): 308-314.
33- Wang D, Cui L, Chang X, Guan D. Biosynthesis and characterization of zinc oxide nanoparticles from Artemisia annua and investigate their effect on proliferation, osteogenic differentiation and mineralization in human osteoblast-like MG-63 Cells. J Photochem Photobiol B. 2020 Jan;202:111652. doi: 10.1016/j.jphotobiol.2019.111652.
34-Hoveizi E, Mohammadi T. Differentiation of endometrial stem cells into insulin-producing cells using signaling molecules and zinc oxide nanoparticles, and three-dimensional culture on nanofibrous scaffolds. J Mater Sci Mater Med. 2019 Aug 31;30(9):101. doi: 10.1007/s10856-019-6301-3. PMID: 31473826.
35- Raghupathi KR, Koodali RT, Manna AC. Size-dependent bacterial growth inhibition and mechanism of antibacterial activity of zinc oxide nanoparticles. Langmuir. 2011;27(7):4020–4028. doi:10.1021/la104825u
36- Seil JT, Webster TJ. Antimicrobial applications of nanotechnology: methods and literature. Int. J. Nanomed. 2012; 7: 2767– 2781. doi:10.2147/IJN.S24805
37- Colon G, Ward BC, Webster TG. Increased osteoblast and decreased Staphylococcus epidermidis functions on nanophase ZnO and TiO2. J. Biomed. Mater. Res. 2006; 78(3): 595–604. doi:10.1002/jbm.a.30789
38- Padmavathy N, Vijayaraghavan R. Enhanced bioactivity of ZnO nanoparticles—an antimicrobial study. Sci. Technol. Adv. Mater. 2008; 9(3): 035004. doi:10.1088/1468-6996/9/3/035004
39- Li M, Zhu L, Lin D. Toxicity of ZnO nanoparticles to Escherichia coli: mechanism and the influence of medium components. Environ. Sci. Technol. 2011; 45(5): 1977–1983. doi:10.1021/es102624t
40-Zhang L, Jiang Y, Ding Y, Povey M, et al. Investigation into the antibacterial behaviour of suspensions of ZnO nanoparticles (ZnO nanofluids). J Nanopart Res. 2007;9(3):479–489. doi:10.1007/s11051-006-9150-1
41- Hirota K, Sugimoto M, Kato M, Tsukagoshi K, et al. Preparation of zinc oxide ceramics with a sustainable antibacterial activity under dark conditions. Ceram Int. 2010;36(2):497–506. doi:10.1016/j.ceramint.2009.09.026
42- d’Água RB, Branquinho R, Duarte MP, Maurício E, al. Efficient coverage of ZnO nanoparticles on cotton fibres for antibacterial finishing using a rapid and low cost in situ synthesis. New J Chem. 2018;42 (2):1052–1060. doi:10.1039/C7NJ03418K
43- Kadiyala U, Turali-Emre ES, Bahng JH, Kotov NA, et al. Unexpected insights into antibacterial activity of zinc oxide nanoparticles against methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Nanoscale. 2018;10(10):4927–4939. doi:10.1039/c7nr08499d
44- Lianga S X T, Wong L S, Lim Y M, Djearamanea S, et al. Effects of Zinc Oxide nanoparticles on Streptococcus pyogenes. S. Afr. J. Chem. Eng., 2020; 34(1): 63-71.‏
45- Soltani L, Darbemamieh M. Anti-proliferative, apoptotic potential of synthesized selenium nanoparticles against breast cancer cell line (MCF7). Nucleosides Nucleotides Nucleic Acids, 2021;40(9): 926-941.‏
46- Soltani L, Darbemamieh M. Biosynthesis of Silver Nanoparticles Using Hydroethanolic Extract of Cucurbita pepo L. Fruit and Their Anti-proliferative and Apoptotic Activity Against Breast Cancer Cell Line (MCF-7). Multidiscip. cancer Investig, 2021; 5(3): 1-10.‏
47- Smalley KS, Herlyn M. Towards the targeted therapy of melanoma. Mini Rev Med Chem. 2006;6(4):387–93.
48- Langer R. Drug delivery and targeting. Nature. 1998;392(6679 Suppl):5–10.
49- Gowda R, Jones NR, Banerjee S, Robertson GP. Use of Nanotechnology to Develop Multi-Drug Inhibitors For Cancer Therapy. J Nanomed Nanotechnol. 2013;4(6). 
50- Wang R, Billone PS, Mullett WM. Nanomedicine in Action: An Overview of Cancer Nanomedicine on the Market and in Clinical Trials. J. Nanomater. 2013;2013:12. 
51-Bisht G, Rayamajhi S. ZnO Nanoparticles: A Promising Anticancer Agent. Nanobiomedicine (Rij). 2016 Jan 1;3:9. doi: 10.5772/63437.
52- Rasmussen JW, Martinez E, Louka P, Wingett DG. Zinc oxide nanoparticles for selective destruction of tumor cells and potential for drug delivery applications. Expert Opin Drug Deliv. 2010 Sep;7(9):1063-77. doi: 10.1517/17425247.2010.502560.
53- Ahamed M, Akhtar MJ, Raja M, Ahmad I, et al. ZnO nanorod-induced apoptosis in human alveolar adenocarcinoma cells via p53, survivin and bax/bcl-2 pathways: role of oxidative stress. Nanomedicine. 2011 Dec;7(6):904-13. doi: 10.1016/j.nano.2011.04.011. 
54- De Berardis B, Civitelli G, Condello M, Lista P, et al. Exposure to ZnO nanoparticles induces oxidative stress and cytotoxicity in human colon carcinoma cells. Toxicol Appl Pharmacol. 2010 Aug 1;246(3):116-27. doi: 10.1016/j.taap.2010.04.012.
55- Akhtar MJ, Ahamed M, Kumar S, Khan MM, et al. Zinc oxide nanoparticles selectively induce apoptosis in human cancer cells through reactive oxygen species. Int J Nanomedicine. 2012;7:845-57. doi: 10.2147/IJN.S29129.
56- Hoveizi E, Mohammadi T. Anti-Cancer Effect of Nano Zinc Oxide on Malignant HN5 Cell Line in In Vitro Culture. Qom Univ Med Sci J. 2017; 11 (10) :21-29
URL: http://journal.muq.ac.ir/article-1-977-en.html
57- Nethi SK, Veeriah V, Barui AK, Rajendran S, et al. Investigation of molecular mechanisms and regulatory pathways of proangiogenic nanorods. Nanoscale 2015;7: 9760-9770.
58- Patra CR, Bhattacharya R, Patra S, Vlahakis NE, et al. Pro-angiogenic properties of europium(III) hydroxide nanorods. Adv. Mater. 2008; 20: 753-756.
59- Chaudhuri P, Harfouche R, Soni S, Hentschel DM, et al. Shape effect of carbon nanovectors on angiogenesis. ACS Nano. 2010 Jan 26;4(1):574-82. doi: 10.1021/nn901465h.
60- Kang K, Lim DH, Choi IH, Kang T, et al. Vascular tube formation and angiogenesis induced by polyvinylpyrrolidone-coated silver nanoparticles. Toxicol Lett. 2011 Sep 10;205(3):227-34. doi: 10.1016/j.toxlet.2011.05.1033.
61- Bartczak D, Muskens OL, Sanchez-Elsner T, Kanaras AG, et al. Manipulation of in vitro angiogenesis using peptide-coated gold nanoparticles. ACS Nano. 2013 Jun 25;7(6):5628-36. doi: 10.1021/nn402111z.
62- Mukherjee S, Sriram P, Barui AK, Nethi SK, et al. Graphene Oxides Show Angiogenic Properties. Adv Healthc Mater. 2015 Aug 5;4(11):1722-32. doi: 10.1002/adhm.201500155.
63- Barui AK, Veeriah V, Mukherjee S, Manna J, et al. Zinc oxide nanoflowers make new blood vessels. Nanoscale. 2012 Dec 21;4(24):7861-9. doi: 10.1039/c2nr32369a.
64- Augustine R, Dominic EA, Reju I, Kaimal B, et al. Electrospun polycaprolactone membranes incorporated with ZnO nanoparticles as skin substitutes with enhanced fibroblast proliferation and wound healing. Rsc Advances, 2014: 4(47): 24777-24785.‏
65- Mohammad GRKS, Tabrizi MH, Ardalan T, Yadamani S, et al. Green synthesis of zinc oxide nanoparticles and evaluation of anti-angiogenesis, anti-inflammatory and cytotoxicity properties. J Biosci. 2019 Jun;44(2):30.
66- Khaleghi S, Khayat Zadeh J, Neamati A. Evaluation of (cytotoxicity and angiogenesis) of Zinc oxide nanoparticles Synthesized by aqueous extract of Origanum majorana. J Birjand Uni Med Sci, 2020; 27(1): 56-67.‏
67- Lin Y, Sun Z. Current views on Type 2 diabetes. J. Endocrinol. 2010; 204(1):1–11.
68- Thompson KH, Lichter J, LeBel C, Scaife MC, et al. Vanadium treatment of Type 2 diabetes: a view to the future. J. Inorg. Biochem. 2009; 103(4): 554–558.
69- Wang ZQ, Cefalu WT. Current concepts about chromium supplementation in Type 2 diabetes and insulin resistance. Curr. Diab. Rep. 2010; 10(2): 145–151.
70- Wells IC. Evidence that the etiology of the syndrome containing Type 2 diabetes mellitus results from abnormal magnesium metabolism. Can. J. Physiol. Pharmacol. 2008; 86(1–2): 16–24.
71- Vasudevan H, McNeill JH. Chronic cobalt treatment decreases hyperglycemia in streptozotocin diabetic rats. Biometals 2007;20(2): 129–134.
72- Chausmer AB. Zinc, insulin and diabetes. J. Am. Coll. Nutr. 1998; 17(2): 109–115.
73- Jansen J, Karges W, Rink L. Zinc and diabetes – clinical links and molecular mechanisms. J. Nutr. Biochem. 2009; 20(6): 399–417.
74- Ueda E, Yoshikawa Y, Sakurai H, Kojima Y, et al. In vitro alpha-glucosidase inhibitory effect of Zn (II) complex with 6-methyl-2-picolinmethylamide. Chem. Pharm. Bull. 2005; 53(4): 451–452.
75- Ishihara H, Maechler P, Gjinovci A, Herrera PL, et al. Islet beta-cell secretion determines glucagon release from neighboring alpha-cells. Nat. Cell. Biol. 2003; 5(4): 330–335.
76- Sun Q, VanDam RM, Willett WC, Hu FB. Prospective study of zinc intake and risk of Type 2 diabetes in women. Diabetes Care 2009; 32(4): 629–634.
77- Smidt K, Jessen N, Petersen AB, Larsen A, et al. SLC30A3 responds to glucose- and zinc variations in beta-cells and is critical for insulin production and in vivo glucose-metabolism during beta-cell stress. PloS one, 2009; 4(5): e5684. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0005684
78- Rungby J. Zinc, zinc transporters and diabetes. Diabetologia 2010; 53(8): 1549–1551.
79- Hiromura M, Sakurai H. Action mechanism of metallo–allixin complexes as anti-diabetic agents. Pure Appl. Chem. 2008; 80(12): 2727–2733.
80- Wilson M, Hogstrand C, Maret W. Picomolar concentrations of free zinc(II) ions regulate receptor protein-tyrosine phosphatase b activity. J. Biol. Chem. 2012; 287(12), 9322–9326.
81- Meyer JA, Spence DM. A perspective on the role of metals in diabetes: past findings and possible future directions. Metallomics 2009; 1: 32–41.
82- Karmaker S, Saha TK, Yoshikawa Y, Sakurai H. A zinc(II)/poly(g-glutamic acid) complex as an oral therapeutic for the treatment of Type-2 diabetic KKAy mice. Macromol. Biosci. 2009; 9(3): 279–286.
83- Yoshikawa Y, Adachi Y, Sakurai H. A new type of orally active anti-diabetic Zn (II) -dithiocarbamate complex. Life Sci. 80(8), 759–766 (2007).
84- Umrani RD, Paknikar KM. Zinc oxide nanoparticles show antidiabetic activity in streptozotocin-induced Type 1 and 2 diabetic rats. Nanomedicine (Lond). 2014 Jan;9(1):89-104. doi: 10.2217/nnm.12.205. 
85- Mohammadi T, Mohammadian B, Najafzadeh varzi H, Shirali R. Ovarian histometrical study in streptozotocin-induced diabetic rats following nanozinc oxide and zinc oxide administration. Iran vet med J, 2016; 12(1):97- 107. doi:  10.22055/IVJ.2016.14709
86- Edelstein ML, Abedi MR, Wixon J. Gene therapy clinical trials worldwide to 2007--an update. J Gene Med. 2007 Oct;9(10):833-42. doi: 10.1002/jgm.1100.
87- Luo D, Saltzman WM. Synthetic DNA delivery systems. Nature biotechnology, 2000; 18(1): 33-37. doi: 10.1038/71889
88- Zhang P, Liu W. ZnO QD@PMAA-co-PDMAEMA nonviral vector for plasmid DNA delivery and bioimaging. Biomaterials 2010; 31: 3087-3094.
89- Kumar VB, Annamanedi M, Prashad MD, Arunasree KM, et al., Synthesis of mesoporous SiO2-ZnO nanocapsules: encapsulation of small biomolecules for drugs and “SiOZO-plex” for gene delivery. J. Nanopart. Res. 201315(9): 1-13. doi:10.1007/s11051-013-1904-y
90- Tam JC, Lau KM, Liu CL, To MH, et al. The in vivo and in vitro diabetic wound healing effects of a 2-herb formula and its mechanisms of action. J Ethnopharmacol. 2011 Apr 12;134(3):831-8. doi: 10.1016/j.jep.2011.01.032.
91- Demirci S, Dogan A, Demirci y, Sahin F. In vitro wound healing activity of methanol extract of Verbascum speciosum, Int. J. Appl. Res. Nat. Prod. 2014; 7: 37–44. doi: 10.1016/j.nbt.2012.08.199
92- Sudheesh Kumar VK, Kumar PT, Lakshmanan VK, Anilkumar TV, et al. Flexible and microporous chitosan hydrogel/nano ZnO composite bandages for wound dressing: in vitro and in vivo evaluation. ACS Appl Mater Interfaces. 2012 May;4(5):2618-29. doi: 10.1021/am300292v.
93- Oryan A, Alemzadeh E, Tashkhourian J, Nami Ana SF. Topical delivery of chitosan-capped silver nanoparticles speeds up healing in burn wounds: A preclinical study. Carbohydr Polym. 2018 Nov 15;200:82-92. doi: 10.1016/j.carbpol.2018.07.077.
94- Mathews K, Binnington A. Wound Management Using Honey. Compendium on Continuing Education for the Practising Veterinarian -North American Edition-, 2001; 24.
95- Soderberg T, Ågren M, Tengrup J, Hallmans G, et al. Zinc oxide augments endogenous expression of insulin-like growth factor (IGF) and activates matrix metalloprotienses (MMPs) in wounds. The European Wound Management Association Journal, 2001; 1: 15-17.
96- Agren MS. Studies on zinc in wound healing. Acta Derm Venereol Suppl (Stockh), 1990; 154: 1-36.
97- Sharma D, Rajput J, Kaith B, Kaur M, et al. Synthesis of ZnO nanoparticles and study of their antibacterial and antifungal properties. Thin solid films, 2010; 519: 1224-1229. doi:10.1016/j.tsf.2010.08.073
98-  Ahmed AS, Oves M, Khan MS, Habib SS, et al. Antimicrobial activity of metal oxide nanoparticles against Gram-positive and Gram-negative bacteria: a comparative study. Int J Nanomedicine. 2012;7:6003-9. doi: 10.2147/IJN.S35347.
99- Metwally A, Abdel-Hady ANA, Ebnalwaled K, Morad SA, et al. Wound-healing activity of green and chemical zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) gels in equine wounds: a clinical study. SVU-Interl J Vet Scis, 2020; 3(1): 66-79. doi: 10.21608/SVU.2020.21254.1040
100- Kaushik M, Niranjan R, Thangam R, Madhan B, et al. Investigations on the antimicrobial activity and wound healing potential of ZnO nanoparticles.              Appl. Surf. Sci., 2019;479: 1169-1177.‏ doi:10.1016/j.apsusc.2019.02.189
101- Yadav E, Singh D, Yadav P, Verma A. Ameliorative effect of biofabricated ZnO nanoparticles of Trianthema portulacastrum Linn. on dermal wounds via removal of oxidative stress and inflammation. RSC advances, 2018; 8(38): 21621-21635. doi:10.1039/C8RA03500H
102- Melnikova N, Knyazev A, Nikolskiy V, Peretyagin P, et al. Wound Healing Composite Materials of Bacterial Cellulose and Zinc Oxide Nanoparticles with Immobilized Betulin Diphosphate. Nanomaterials (Basel). 2021 Mar 12;11(3):713. doi: 10.3390/nano11030713.
103- Roy R, Kumar S, Verma AK, Sharma A, et al. Zinc oxide nanoparticles provide an adjuvant effect to ovalbumin via a Th2 response in Balb/c mice. Int Immunol. 2014 Mar;26(3):159-72. doi: 10.1093/intimm/dxt053.
104- Erathodiyil N, Ying JY. Functionalization of inorganic nanoparticles for bioimaging applications. Acc Chem Res. 2011 Oct 18;44(10):925-35. doi: 10.1021/ar2000327
105- Wang J, Lee JS, Kim D, Zhu L. Exploration of Zinc Oxide Nanoparticles as a Multitarget and Multifunctional Anticancer Nanomedicine. ACS Appl Mater Interfaces. 2017 Nov 22;9(46):39971-39984. doi: 10.1021/acsami.7b11219.
106- Ghaffari SB, Sarrafzadeh MH, Fakhroueian Z, Shahriari S, et al. Functionalization of ZnO nanoparticles by 3-mercaptopropionic acid for aqueous curcumin delivery: Synthesis, characterization, and anticancer assessment. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017 Oct 1;79:465-472. doi: 10.1016/j.msec.2017.05.065. 
107- Puvvada N, Rajput S, Kumar BP, Sarkar S, et al. Novel ZnO hollow-nanocarriers containing paclitaxel targeting folate-receptors in a malignant pH-microenvironment for effective monitoring and promoting breast tumor regression. Sci. Rep., 2015;5(1): 1-15.
doi:10.1038/srep11760
108- Li Y, Zhang C, Liu L, Gong Y, et al. The effects of baicalein or baicalin on the colloidal stability of ZnO nanoparticles (NPs) and toxicity of NPs to Caco-2 cells. Toxicol Mech Methods. 2018 Mar;28(3):167-176. doi: 10.1080/15376516.2017.1376023.
109- Hariharan R, Senthilkumar S, Suganthi A, Rajarajan M. Synthesis and characterization of doxorubicin modified ZnO/PEG nanomaterials and its photodynamic action. J. Photochem. Photobiol. B, Biol., 2012; 116: 56–65. doi:10.1016/j.jphotobiol.2012.08.008
110- Deng Y, Zhang H. The synergistic effect and mechanism of doxorubicin-ZnO nanocomplexes as a multimodal agent integrating diverse anticancer therapeutics. Int J Nanomedicine. 2013;8:1835-41. doi: 10.2147/IJN.S43657.
111- Dhivya R, Ranjani J, Bowen PK, Rajendhran J, et al. Biocompatible curcumin loaded PMMA-PEG/ZnO nanocomposite induce apoptosis and cytotoxicity in human gastric cancer cells. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017 Nov 1;80:59-68. doi: 10.1016/j.msec.2017.05.128.
112- Boroumand Moghaddam A, Moniri M, Azizi S, Abdul Rahim R, et al. Eco-Friendly Formulated Zinc Oxide Nanoparticles: Induction of Cell Cycle Arrest and Apoptosis in the MCF-7 Cancer Cell Line. Genes (Basel). 2017;8(10):281.
Click to copy the URI to your clipboard.doi: 10.3390/genes8100281.
113- Liu R, Huang Y, Xiao A, Liu H. Preparation and photocatalytic property of mesoporous ZnO/SnO2 composite nanofibers. Journal of Alloys and Compounds, 2010;503(1): 103-110. doi:10.1016/j.jallcom.2010.04.211
114- Kaushik M, Moores A. Nanocelluloses as versatile supports for metal nanoparticles and their applications in catalysis. Green Chem 2016; 18(3):622–637.doi:10.1039/C5GC02500A
115- Singla R, Soni S, Kulurkar PM, Kumari ASM, et al. In situ functionalized nanobiocomposites dressings of bamboo cellulose nanocrystals and silver nanoparticles for accelerated wound healing. Carbohydr Polym. 2017 Jan 2;155:152-162. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.08.065.
116- Ahmed J, Arfat YA, Castro-Aguirre E, Auras R. Mechanical, structural and thermal properties of Ag-Cu and ZnO reinforced polylactide nanocomposite films. Int J Biol Macromol. 2016 May;86:885-92. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2016.02.034.
117- Rakhshaei R, Namazi H. A potential bioactive wound dressing based on carboxymethyl cellulose/ZnO impregnated MCM-41 nanocomposite hydrogel. Mater Sci Eng, C 2017; 73:456–464. doi: 10.1016/j.msec.2016.12.097
118- Ul-Islam M, Khattak WA, Ullah MW, Khan S, et al. Synthesis of regenerated bacterial cellulose-zinc oxide nanocomposite films for biomedical applications. Cellulose, 2014; 21(1): 433-447. doi:10.1007/s10570-013-0109-y
119-Hussein J, El-Banna M, Razik TA, El-Naggar ME. Biocompatible zinc oxide nanocrystals stabilized via hydroxyethyl cellulose for mitigation of diabetic complications. Int J Biol Macromol. 2018 Feb;107(Pt A):748-754. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2017.09.056.
120- Chen HC, Lin SW, Jiang JM, Su YW, et al. Solution-processed zinc oxide/polyethylenimine nanocomposites as tunable electron transport layers for highly efficient bulk heterojunction polymer solar cells. ACS Appl Mater Interfaces. 2015 Mar 25;7(11):6273-81. doi: 10.1021/acsami.5b00521.
121- Ko HU, Mun S, Min SK, Kim GW, et al. Fabrication of Cellulose ZnO Hybrid Nanocomposite and Its Strain Sensing Behavior. Materials (Basel). 2014 Oct 16;7(10):7000-7009. doi: 10.3390/ma7107000.
122- Raguvaran R, Manuja A, Manuja BK. Zinc Oxide Nanoparticles: Opportunities and Challenges in Veterinary Sciences. Immunome Research. 2015 Jun;11(2):1-8. doi: 10.4172/1745-7580.1000095.