Drug effects of 6-gingerol-coated gold nanoparticles on the hippocampal level of NGF, BDNF, DNA oxidative damage and apoptotic indices in rats affected by gold nanoparticles nanoparticles

Document Type : Research Paper

Authors
Ghasem Majdi Yazdi 1
Gholamhasan Vaezi 2
Vida Hojati 3
Mohammad Mohammad-Zadeh 4
1 Teacher/The Ministry of Education
2 Full Professor/Dept.of Biology,Damghan Branch,Islamic Azad University Damghan,IRAN.
3 Associate Professor/Dept.of Biology,Damghan Branch,Islamic Azad University Damghan,IRAN.
4 Psychiatry Research Center, ebne Sina Hospital, Mashhad University of Medical Sciences
10.22034/cmr.2025.2270
Abstract
Background and Aim: The aim was to determine the effects of 6-ginger coated gold nanoparticles on the hippocampal level of brain-derived neurotrophic factor (BDNF), nerve growth factor (NGF), oxidative DNA damage, and apoptotic indices in gold nanoparticles (AuNPs) affected rats.

Materials and Methods: 24 adult male Wistar rats were divided into 4 groups of 6. The animals in the control group received 0.5 ml of saline for 30 days (every other day). In the group of AuNPs, rats received 0.5 ml of gold nanoparticles (200 ppm and 60 nm) dissolved in saline, and after one month 0.5 ml saline for 30 days. In the Experimental Group 1, the same steps were performed in the AuNPs group, but instead of saline, the rats received 0.5 ml of gold nanoparticles coated with 6-gingerol (50 mg / kg). In the Experimental Group 2, similar steps to the AuNPs group were taken, but instead of saline, the animals received 0.5 ml of gold nanoparticles coated with 6-gingerol (100 mg /kg). At the end of the experiments, the level of hippocampal NGF, BDNF, 8-OHdG, and Bax and Bcl2 apoptotic indices were measured by ELISA.

Results: In the experimental groups, compared to AuNPs group, NGF, BDNF, and Bcl2 levels significantly increased, and Bax and 8-OHdG levels decreased significantly (P

Keywords

Subjects

اثرات درمانی نانوذرات طلای کوت شده با ۶-جینجرول بر سطح هیپوکامپی فاکتور رشد عصبی، فاکتور نوروتروفیک مشتق از مغز، آسیب اکسیداتیو DNA و شاخص‌های آپوپتوزی در موش‌های صحرائی متاثر از نانوذرات طلا

قاسم مجدی یزدی1، غلامحسن واعظی1، ویدا حجتی1 و محمد محمدزاده2*

1 ایران، دامغان، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد دامغان، گروه زیست­شناسی

2 ایران، مشهد، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مرکز تحقیقات روانپزشکی و علوم رفتاری

تاریخ دریافت: 16/09/1400      تاریخ پذیرش: 11/03/1401

چکیده

هدف از مطالعه حاضرتعیین اثرات درمانی و محافظتی نانوذرات طلای کوت شده با ۶-جینجرول برسطح هیپوکامپی فاکتور نوروتروفیک مشتق از مغز (BDNF)، فاکتور رشد عصبی (NGF)، آسیب اکسیداتیو DNA و شاخص‌های آپوپتوزیBax  وBcl2  در موش‌های صحرائی متاثر از نانوذرات طلا (AuNPs) می‌باشد. ۲۴ سر موش صحرائی نر بالغ نژاد ویستار به4 گروه مساوی تقسیم شدند. موش‌های گروه کنترل به مدت 30روز به صورت روز در میان 5/0 میلی‌لیتر محلول نرمال سالین (حلال) بصورت داخل صفاقی دریافت نمودند. در گروه نانوذرات طلا موش‌ها یک بار 5/0 میلی‌لیتر محلول نانوذرات طلا حل شده در سالین (ppm۲۰۰ و 60 نانومتر) و پس از یک ماه به مدت ۳۰ روز بصورت روز در میان 5/0 میلی‌لیتر محلول نرمال سالین دریافت نمودند. در گروه تجربی1 مراحل مشابه گروهAuNPs  انجام شد اما موش‌ها به­جای نرمال سالین  بصورت روز در میان 5/0 میلی‌لیتر نانوذرات طلای کوت­ شده با 50 میلی­گرم/کیلوگرم 6-جینجرول دریافت نمودند. در گروه تجربی 2 مراحل مشابه گروه AuNPs بود اما به جای نرمال سالین موش‌ها بصورت روز در میان 5/0 میلی‌لیتر نانوذرات طلای کوت شده با 100 میلی­گرم/کیلوگرم 6-جینجرول دریافت نمودند. در پایان دوره­ی درمان، سطح هیپوکامپی NGF،BDNF ، 8-هیدروکسی­داکسی گوانوزین (8-HOdG) و شاخص‌های آپوپتوزی Bax و Bcl2 توسط روش الایزا مورد سنجش قرار گرفت. در گروه‌های تجربی در مقایسه با گروه نانوذرات طلا AuNPs سطح NGF، BDNF و Bcl2 به صورت وابسته به دوز تزریقی به طور معنی‌داری افزایش و سطحBax  و8-HOdG  به صورت وابسته به دوز تزریقی به طور معنی‌داری کاهش یافت اما در همه موارد به سطح گروه کنترل نرسید (001/0 > p). نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول از طریق کاهش آپوپتوز و کاهش آسیب اکسیداتیو DNA سبب بهبود سطح هیپوکامپی فاکتور رشد عصبی و فاکتور نوروتروفیک مشتق از مغز در موش‌های صحرایی در معرض نانوذرات طلا می‌شوند.

واژه­های کلیدی: 6-جینجرول، آپوپتوز، نانوذرات طلا، فاکتور رشد عصبی، فاکتور رشد عصبی مشتق از مغز.

*نویسنده مسئول: تلفن: 05137112540،  ایمیل: mohammadzadehmh@mums.ac.ir

مقدمه

 

بر اساس گزارش­های موجود نانو ذرات طلا می‌توانند در تشخیص و درمان برخی بیماری­ها نظیر آلزایمر، ایدز، هپاتیت، آرتریت، دیابت و توبرکلوزیس به عنوان حامل دارو یا حامل ژن با لیگاندهای سازگار زیستی و بیولوژیکی مورد استفاده قرار گیرند و تاثیر آنها روی باکتری­های گرم منفی ،عفونت های ادراری و اثرات مثبت دیگر نظیر اثرات ضد باکتریایی، ضد قارچی، ضدویروس و پروتوزوئرها و خواص ویژه آنها مورد ارزیابی قرار گرفته است. اما نانوذرات طلا در کنار اثرات مثبت و فواید فراوان می‌توانند یکی از عوامل اختلال در فرایندهای فیزیولوژیک بدن به ویژه سیستم عصبی محسوب شوند از این رو بررسی عوارض نانوذرات طلا بر سلامت انسان و محیط زیست از اهمیت بالائی برخوردار است (26). نانوذرات طلا به دلیل کوچکی به راحتی می‌توانند در بدن جابجا شوند و ساختار و نفوذپذیری غشاهای سلولی را تغییر دهند وحتی از سد خونی- مغزی عبور نمایند، سیستم­های دفاعی بدن به راحتی نمی‌توانند با آنها مقابله کنند بنابراین موجب اختلال در عملکرد مغز می‌شوند و مسیر داخلی آپوپتوزرا با افزایش رادیکال­های آزاد فعال می­نمایند (10 و 17).  نانوذرات طلا قادرند با تغییر دادن بیان ژن‌های عوامل تنظیم کننده سبب القای آپوپتوز درسلول‌های طبیعی و سرطانی شوند (28) و از طریق اختلال در بیان ژن‌های مرتبط با آنزیم‌های آنتی­اکسیدانی سبب افزایش استرس اکسیداتیو سلول شوند این نانوذرات تولید رادیکال­های آزاد را در بدن افزایش داده و تعادل سیستم اکسیدانی- آنتی اکسیدانی بدن را دچار اختلال نموده سبب استرس اکسیداتیو و التهاب می‌شوند (16 و 3۶). نوروتروفین‌ها شامل فاکتور رشد عصبی (NGF) ، فاکتور نوروتروفیک مشتق از مغز (BDNF)، نوروتروفین ۳ و نوروتروفین ۴، گروهی از فاکتورهای رشد عصبی با ساختار پروتئینی اند که در تکامل سیستم عصبی و حفاظت و شکل­پذیری نورون­ها و تبدیل سلول‌های بنیادی به سلول‌های عصبی نقش مهمی برعهده دارند BDNF با اتصال به گیرنده­های تیروزین کینازی، آبشارهای درون سلولی را راه­اندازی و موجب تولید و تمایز نورون های جدید، بهبود ارتباطات نورونی و توسعه سیستم عصبی مرکزی و محیطی می‌شود (27). بیشترین فعالیت آن در قشر مغز و هیپوکامپ است (6). فرآیند آپوپتوز از طریق دو مسیرتحریک و فعال می‌شود مسیر بیرونی با تحریک گیرنده­های غشایی مرگ فعال می‌شود و مسیر درونی یا میتوکندریایی که به واسطه اعضای خانواده Bcl2 تنظیم می‌شود (30). آپوپتوز تحت تاثیر ژن‌های خانواده Bcl2 نظیر:Bcl2، Bcl-XL، Bax، Bad و خانواده کاسپازها تنظیم می‌شود (19 و 21). استرس اکسیداتیو می‌تواند محرک شروع آپوپتوز باشد. افزایش گونه­های اکسیژن فعال (ROS) با القاء استرس اکسیداتیو و آسیب اکسیداتیو DNA می‌توانند موجب شروع فرایند آپوپتوز شوند(35). Bcl2 با افزایش فعالیت آنزیم‌های سیستم دفاع آنتی اکسیدانی، سلول را در مقابله با رادیکال­های آزاد یاری می‌کند (21). رادیکال­های آزاد نقش مهمی در القاء آپوپتوز و ایجاد شرایط استرس اکسیداتیو دارند و بنابراین استفاده از ترکیبات یا داروهایی که بتوانند رادیکال­های آزاد را مهار کنند بسیار مهم به نظر می‌رسد (35). استرس اکسیداتیو و محصولات فرعی آن همچنین می‌توانند به مولکول DNA صدمه وارد نمایند حمله رادیکال­های هیدروکسیل به موقعیت هشتم مولکول گوانین ترکیبی با عنوان ۸ هیدروکسی دئوکسی گوانوزین (8-HOdG) تولید می‌کند که اندازه­گیری آن درارزیابی میزان آسیب بهDNA مورد استفاده و دارای اهمیت است.یکی از گیاهان دارویی که ترکیبات آنتی اکسیدانی فراوانی دارد زنجبیل است اثرات دارویی زنجبیل مربوط به اجزای فعال آن یعنی جینجرول­ها و شوآگول­هاست و اصلی­ترین و فراوان­ترین جینجرول، 6- جینجرول است (34). این ماده به رادیکال­های پروکسیل حمله می‌کند، فعالیت آنتی­اکسیدانی ترکیبات زنجبیل شامل مهار رادیکال­های آزاد، سرکوب اکسیداسیون لیپید و افزایش مولکول­های آنتی­اکسیدانی در سلول‌هاست (18). همچنین این ترکیبات با تقویت و تسریع مکانیسم­های دفاع آنتی­اکسیدانی دارای اثرات محافظتی نورونی در موش‌های دیابتی است (12). جینجرول به طور کلی موجب حذف رادیکال­های آزاد و متابولیت­های فعال شده که سبب کاهش آسیب اکسیداتیو DNA و ترمیم DNA  آسیب­دیده می‌گردد (23). 6-جینجرول دارای عمل آنتی­اکسیدانی در محیط Invitro و   Invivo است وبه عنوان یک عامل موثر برای جلوگیری از تولید گونه واکنشگر اکسیژن (ROS) و بیان ژن  Cox2 القا شده توسط اشعه فوق بنفش به کار می­رود (2). و سبب حفاظت سلول‌ها از استرس اکسیداتیو می‌گردد (29). همچنین 6-جینجرول باحفظ شرایط فیزیولوژیک نورون­ها، افزایش ترشح نوروترانسمیترها و کاهش سیگنال مرگ جهت بهبود اختلالات عصبی مرتبط با سن، دارای خاصیت نوروپروتکتیو است (7). از طرفی می‌تواند از مغز در برابر استرس اکسیداتیو، التهاب و آپوپتوز ناشی از ارگانوفسفر محافظت کند (2). ترکیبات موثر در ریزوم گیاه زنجبیل از طریق فعال کردن مسیرهای پیام­رسانی خاص در سلول‌های  PC-12  فعالیت عصب­زایی دارند (29). ترکیبات فنولی زنجبیل نظیر جینجرول­ها دارای فعالیت ضدسرطانی می‌باشند که این فعالیت از طریق مسیرهای متعدد از جمله مهار بیان سیکلواکسیژناژ 2 (Cox2) صورت می­گیرد (25). تزریق داخل وریدی عصاره زنجبیل به موش آزمایشگاهی سبب افت فشار خون سرخرگی می‌شود که از عناصر موثر در آن جینجرول و شوآگول است که هر دو دارای اثرات مهار کنندگی می‌باشند و مشخص شده که 6-جینجرول دارای اثرات بیشتری روی شل کنندگی عروق نسبت به 6-شوآگول است (13). در ایلئوم جدا شده خوک ترکیبات متعدد زنجبیل از قبیل 6-جینجرول و 6-شوآگول و گالانولاکتون، دارای اثرات ضد سروتونین می‌باشند و احتمالاً اثر ضدتهوعی زنجبیل یا ترکیبات آن از طریق گیرنده  5-HT3  واسطه­گری می‌شود (15). شواهدی نشان داده است که جینجرول یکی از ترکیبات فعال زنجبیل  در محیط In vitro در مبارزه با هلیکوباکتر پیلوری موثر بوده است که مرتبط با بیماری زخم معده و پیشرفت سرطان معده و کولون است (3). ترکیبات 6 و 8 و 10-جینجرول و 6-جینجردیول زنجبیل دارای خواص ضد قارچی نیز می‌باشند (11). به طور کلی عصاره آبی والکلی زنجبیل فعالیت ضد میکروبی دارند و تاثیر آنها روی میکروب­های اشرشیا کلی، باسیلوس، پروتئوس ولگاریس و سودوموناس اثبات شده است (22). تحقیقات دیگر نشان داده است که 6-جینجرول دارای اثرات محافظتی بر سلول‌های کلیوی در آسیب کلیوی القا شده توسط جنتامایسین می‌باشد، 6-جینجرول از طریق مهار کاسپاز3 و Hsp47 سبب کاهش آپوپتوز در سلول‌های کلیوی آسیب­دیده می‌شود (14). 6-جینجرول، 10-جینجرول، 6-شوآگول و 10-شوآگول جداشده از ریزوم زنجبیل سبب از بین رفتن یا کاهش حرکت لارو نماتود Anisakis simplex می‌شوند و 10-جینجرول سبب مرگ لاروها شده است (21). تحقیق حاضر با هدف تعیین اثر درمانی نانوذرات طلای کوت شده با ۶-جینجرول برسطح هیپوکامپی BDNF، NGF و آسیب اکسیداتیو DNA و میزان شاخص‌های آپوپتوزی Bcl2 و Bax در موش‌های صحرائی در معرض نانودرات طلا انجام شده است.

 

مواد و روش­ها

حیوانات مورد استفاده: موش‌های صحرایی نر و بالغ نژاد ویستار با محدوده وزنی15-+185 که از حیوان­خانه دانشکده علوم پزشکی مشهد تهیه شده بود در آزمایشگاه فیزیولوژی دانشکده مورداستفاده قرار گرفت شرایط نگهداری حیوانات دمای 4±25 درجه سانتی گراد و و دوره روشنایی تاریکی حدوداً ۱۲ ساعته در نظر گرفته شد. موش‌ها از غذای فشرده و آماده و به صورت آزاد و بطری­های آب ۵۰۰ میلی‌لیتری استفاده می‌کردند و در قفس­های پلی­کربنات شفاف و استاندارد نگهداری می­شدند (21).

روش تهیه محلول کلوئیدی نانوذرات طلا: نانو ذرات طلا به صورت پودر از شرکت سیگما (sigma-Aldrich Germany) خریداری شد،محلول کلوئیدی نانوذرات طلا (ppm۲۰۰ وnm60 ) توسط شرکتFINE NANO  تهیه و ازنرمال سالین به عنوان حلال استفاده شده است ،جهت جلوگیری از راسب شدن، قبل از تزریق توسط سانتریفیوژ اولتراسونیک به صورت محلول کلوئیدی در می­آمد (21).

روش تهیه نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول: سنتز نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول در مرکز تحقیقات بیولوژی کاربردی تکوین جانوری دانشگاه آزاد اسلامی مشهد انجام شد بدین منظور: ۱۰۰ میلی­لیتر از محلول جینجرول با غلظت ۱۰ میلی مولار به ml۱۰۰ محلول نیترات طلا با غلظت 1 میلی­مولار اضافه شد، سپس نانوذرات در شرایط محیطی به مدت ۸ ساعت قرار داده شدند، تغییر رنگ محلول به رنگ قهوه­ای نشانه سنتز نانوذرات طلای کوت شده است. نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول با روش طیف­سنجی، نور ماورای بنفش مرئی، طیف سنجی نور مادون قرمز، میکروسکوپ الکترونی گذاره شناسائی شدند و غلظت نانوذرات طلای پوشش دار شده با 6-جینجرول با دستگاه جذب اتمی تعیین شد (1).

طراحی آزمایش: تعداد ۲۴ سر موش صحرایی به چهار گروه ۶ تایی و به صورت تصادفی تقسیم شدند. گروه کنترل: به مدت ۳۰ روز و روز در میان و به صورت داخل صفاقی 5/0 میلی­لیتر نرمال سالین به عنوان حلال دارو دریافت نمودند. گروه AuNps: ابتدا 5/0 میلی­لیتر نانوذرات طلا (ppm۲۰۰ و 60 نانومتر)  به صورت داخل صفاقی دریافت کردند و پس از یک ماه به مدت ۳۰ روز و روز در میان 5/0 میلی­لیتر نرمال سالین دریافت کردند. گروه تجربی ۱:  یک ماه پس از دریافت AuNps (ppm۲۰۰ و 60 نانومتر) به مدت ۳۰ روز و روز در میان 5/0 میلی­لیتر نانوذرات طلای کوت شده با ۶-جینجرول با غلظت ۵۰ میلی­گرم/کیلوگرم دریافت کردند. گروه تجربی۲: یک ماه پس از دریافت AuNps (ppm۲۰۰ و 60 نانومتر)، به مدت30روز و روز در میان نانوذرات طلای کوت شده با ۶-جینجرول و با غلظت ۱۰۰ میلی­گرم/کیلوگرم دریافت کردند.

روش تهیه نمونه بافتی: موش‌ها توسط دی اتیل اتر به صورت پایدار بیهوش شدند و مغز به طور کامل خارج شد هیپوکامپ جداسازی و با  نرمالین سالین شستشو داده شد،سپس هیپوکامپ با بافر تریس به مدت ۵ دقیقه هموژنیزه و سپس توسط سانتریفیوژ یخچالدار به مدت3 دقیقه و با ۵۰۰۰ دور دردقیقه سانتریفیوژ شد، محلول روئی جداسازی شد و با ۵۰۰۰ دور در دقیقه به مدت ۵ دقیقه مجددا سانتریفیوژ شد، نمونه به دست آمده جهت سنجش الایزا مورد استفاده قرار گرفت. جهت جلوگیری از تخریب آنزیم‌ها و پروتئین­ها مراحل فوق دردمای۴درجه سانتیگراد انجام شد و از محلول فنیل متیل سولفونیل فلوراید به عنوان مهار کننده پروتئازها استفاده شد.

روش الایزا:  سیتوپلاسم به دست آمده از مرحله قبل یخ­گشایی شد و بر طبق پروتکل کیت­های BCL2، Bax، NGF، BDNF و 8-HOdG به ویال­های الایزا اضافه شد. قبل از ارزیابی نمونه­ها توسط دستگاه الایزا حدود ۱۲ساعت به نمونه‌ها زمان دادیم تا دمای آنها تنظیم شود سپس با واشر نرمال سالین عمل شستشو انجام شد و رسوب به دست آمده توسط دستگاه الایزای اتوماتیک مورد سنجش و فتومتری قرار گرفت.

روش آماری: نتایج به دست آمده توسط نرم­افزار آماری SPSS ویرایش۲۰ تحلیل شد با توجه به اینکه نتایج کمی است توسط آزمون کلموگروف اسمیرنوف فرض طبیعی بودن توزیع فراوانی داده­ها بررسی شد (001/0 > p). نتایج به دست آمده توسط آزمون آماری one-way ANOVA و آزمون تعقیبی Tukey تحلیل شد (05/0 > p) معنی‌دار بود.

 

نتایج

مقایسه نتایج این مطالعه نشان داد که تزریق نانوذرات طلا سطح هیپوکامپی NGF, BDNF را به طور معنی‌داری کاهش داد (001/0 > p). همچنین سطح هیپوکامپی 8-HOdG در موش‌های صحرایی گروه نانوذرات طلا (AuNps) در مقایسه با گروه کنترل به طور معنی‌داری افزایش یافت (شکل 1). از طرفی سطح هیپوکامپی 8-HOdG گروه تجربی ۱ و ۲ (AuNps+AuNps Ging 50,100) وابسته به دوز تزریقی به طور معنی‌داری نسبت به گروه بیمار کاهش پیدا نمود وسطح هیپوکامپی NGF و  BDNF افزایش پیدا کرد (شکل 1). تحلیل داده­های این مطالعه تجربی نشان داد که سطح هیپو کامپی Bcl2 در موش‌های صحرایی گروه بیمار (AuNps) در مقایسه با گروه کنترل به طور معنی‌داری کاهش پیدا نمود و میزان Bax افزایش پیدا کرد از طرفی سطح هیپوکامپی Bcl2 در گروه‌های تجربی 1 و 2 در مقایسه با گروه بیمار (AuNps) به طور معنی‌داری وابسته به دوز تزریقی افزایش پیدا نمود اما سطح Bax کاهش پیدا کرد (شکل 2).

 

بحث

نتایج بدست آمده نشان داد تزریق 5/0 میلی­لیتر یک­بار (ppm۲۰۰، ۶۰ نانومتر) نانوذرات طلا به صورت داخل صفاقی سبب کاهش سطح  هیپوکامپی  Bcl2و افزایش Bax می‌شود به عبارت دیگر نانوذرات طلا توانست سبب القاء آپوپتوز در بافت هیپوکامپ شود.

 

                                Control                  AuNps             AuNps+Ging 50           AuNps+Ging 100

شکل 1- اثر تزریق نانوذرات طلا و نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول بر سطح هیپوکامپی NGF (B), BDNF (A), 8-HodG (C) در موش‌های صحرائی. *** نشان دهنده  001/0 > p  در مقایسه با گروه کنترل ، ### نشان دهنده 001/0 > p  در مقایسه با گروه نانوذرات طلا. 6 n= .

                       Control                  AuNps                  AuNps+Ging 50              AuNps+Ging 100

 

شکل 2- اثر تزریق نانوذرات طلا و نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول بر سطح هیپوکامپی. Bcl2, (A) Bax  (B)در موش‌های صحرائی. *** نشان دهنده 001/0 > p در مقایسه با گروه کنترل، ### نشان دهنده 001/0 > p در مقایسه با گروه نانوذرات طلا. 6 n= .

 

از طرفی سطح هیپوکامپی BDNF و  NGFبه شدت کاهش یافت و سطح هیپوکامپی 8-HOdG که نشانه ای از آسیب اکسیداتیوDNA  است به شدت افزایش پیدا نمود. نانوذرات عناصر فلزی مثل طلا و نقره و کادمیوم و... باعث استرس اکسیداتیو می‌شوند و درجه بالایی از سمیت دارند، نانوذرات طلا باعث استرس اکسیداتیو شده و پاسخ سلول‌ها شاید اتوفاژی باشد (37). اندازه نانوذرات یک فاکتور کلیدی در پاسخ­های بیولوژیکی به نانوذرات است ، نانوذرات با قطر بیشتر اثرات کمتری دارند (18).

مطالعه دیگری نشان داد که AuNPs سبب ایجاد استرس اکسیداتیو و تخریب آنزیم آنتی اکسیدانی گلوتاتیون پر اکسیداز (GP)، در مغز موش می‌شود. همچنین سبب ایجاد 8-HOdG ناشی از استرس اکسیداتیوDNA ، کاسپاز3 و شوک شدید پروتئین 70 (Hsp70) و IFN-Y می‌گردد که ممکن است با التهاب و تخریبDNA  باعث مرگ سلول گردد. نانوذرات طلا می‌توانند سبب القای آپوپتوز در سلول‌های سرطانیB16F10  ملانوما  شوند (5).

پژوهش دیگری نشان داد نانوذرات طلا از طریق فعال کردن مسیر میتوکندریایی آپوپتوز از طریق کاهش ظرفیت آنتی اکسیدانی و کاهش گلوتاتیون سبب القای آپوپتوز در سلول‌های ردهHL7702  می‌شوند (12).

محققین نشان دادند نانوذرات طلا با نفوذ به هسته سلول سبب تخریب ساختار دو رشته­ای DNA می‌شوند که این موضوع افزایش 8-HOdG را در گروه بیمار توجیه می‌کند. همچنین از طریق مهار سیتوکینز و القای آپوپتوز در سلول‌های سرطانی سبب مهار رشد تومور می‌شوند (17).

طی پژوهشی دیگر نشان داده شد نانوذرات طلا از طریق مهارBcl2  و افزایش توکسیسیتی در رده سلول‌های سرطانی HeLa سبب القای آپوپتوز می‌شوند (9). نانوذرات طلا از طریق افزایش کاسپاز3 و  Hsp70 سبب القای آپوپتوز و متعاقباً مرگ سلول‌های عصبی می‌شوند (32). نتایج مطالعه حاضر نشان داد سطح هیپوکامپیNGF و BDNFدر موش‌های صحرایی دریافت کننده نانو ذرات طلا کاهش می­یابد .از طرفی نشان داده شده نانو ذرات طلا با عبور از سد خونی- مغزی از طریق مهار بیان ژن، میزان ترشح نوروتروفین‌ها را در سیستم عصبی مرکزی کاهش می‌دهند و پیامد آن اختلال در عملکرد حافظه فضایی مغز است (4).

گزارش شده است نانو ذرات طلا از طریق کاهش توان آنتی اکسیدانی سلول‌های عصبی به ویژه گلوتاتیون پراکسیداز (GP) سبب اختلال در بیوسنتز نوروتروفین‌ها  می‌شوند. همچنین مشخص شده است نانوذرات طلا با اختلال در عملکرد ارگانل­های درون سلولی سبب کاهش میزان انتقال دهنده­های عصبی مانند دوپامین و سروتونین می‌شوند که این امر توسط آزمون­های رفتاری هم به اثبات رسیده است (32). در این مطالعه مشخص شد سطح هیپوکامپی  8-HOdG در موش‌های صحرائی دریافت‌کننده نانوذرات طلا افزایش می یابد.

نتایج پژوهشی نشان داد نانوذرات طلا از طریق افزایش قابل توجه در گونه­های اکسیژن فعال، کاهش فعالیت آنزیم‌های آنتی­اکسیدان، افزایش فاکتورهای التهابی مانند اینترلوکین-۶ و افزایش سنتز نیتریک اکساید (NO)، در پلاسما سبب آسیبDNA  می‌شوند و این امر با افزایش سطح  8-HOdGدر ادرار به عنوان نشانگر بیولوژیکی آسیبDNA  تایید شده است(31). نتایج پژوهشی نشان داد نانوذرات طلا می‌تواند سطح  8-HOdG را افزایش دهند که این امر نشان از آسیب DNA است (32).

محققین نشان دادند نانوذرات طلای کاتیونی دارای اثرات سمی بر سلول‌ها هستند و این اثرات از طریق افزایش تولید ROS و آسیب اکسیداتیوDNA  اعمال می‌شوند (8). پژوهشی دیگر نشان داد  نانوذرات طلا سبب استرس اکسیداتیو  و آسیب DNA در سلول‌های فیبروبلاست ریه در شرایط In vitro می‌شوند (20).

اثر درمانی نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول در جهت افزایش بیان نوروتروفین‌ها در موش‌های در معرض نانوذرات طلا: نتایج حاصل از این پژوهش نشان داده است که تیمار موش‌های صحرایی دریافت کننده نانو ذرات طلا، با غلظت­های ۵۰ و ۱۰۰ میلی­گرم/کیلوگرم نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول، به صورت وابسته به دوز تزریقی موجب افزایش معنی‌دار سطح هیپوکامپیNGF وBDNF  می‌شود. همچنین نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول توانست سطح هیپوکامپی  8-HOdG را کاهش و شاخص‌های آپوپتوزی را بهبود بخشد. در مطالعه حاضر تاثیر استفاده از نانو ذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول در درمان موش‌های آسیب دیده در معرض نانوذرات طلا مشخص شد نانوذرات طلا با افزایش استرس اکسیداتیو و محصولات فرعی ناشی از آن بهDNA  آسیب وارد می‌کنند  به طوریکه در نتیجه حمله رادیکال­های هیدروکسیل به موقعیت هشتم مولکول گوانین، 8-HOdG  تولید می‌شود که وجود و افزایش آن به طور مثال در ادرار فرد آسیب دیده قابل ارزیابی است. در این مطالعه افزایش 8-HOdG در عصاره هیپوکامپ موش‌های در معرض نانوذرات طلا،با دستگاه الایزا مورد ارزیابی قرار گرفت و پس از استفاده از نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول کاهش معنی‌دار 8-HOdG در عصاره هیپوکامپ، نشانه­ای از خاصیت درمانی نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول در موش‌های آسیب دیده بود و چون میزان 8-HOdG تعادل دینامیکی بین آسیب DNA و سرعت ترمیم آن را نشان می­دهد می‌توان ادعا نمود نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول با کاهش استرس اکسیداتیو و محصولات فرعی آن سبب ترمیم DNA و کاهش آسیب به آن می‌گردند. زنجبیل به دلیل داشتن 6-جینجرول دارای خواص آنتی­اکسیدانی و ضد التهابی است. از سوی دیگر گزارش شده است ترکیبات فلاونوئیدی نظیر ۶-جینجرول دارای ویژگی­های آنتی­اکسیدانی قوی می‌باشند و از استرس اکسیداتیو سلول‌های بدن جلوگیری می‌کنند (24).

گزارش شده است که عصاره زنجبیل با داشتن خواص ضد اکسیدانی و با کاهش میزانROS  سبب کاهش اثرات منفی رادیکال‌های آزاد بر آسیب سلول‌های کبدی می‌شود. جینجرول­های موجود در زنجبیل خاصیت آنتی­اکسیدانی دارند و موجب حذف رادیکال­های آزاد و حذف متابولیت­های فعال در بدن می‌شوند. این امر سبب کاهش آسیب اکسیداتیو DNA و ترمیمDNA  آسیب­دیده می‌شود (23).

 نتایج پژوهشی نشان می‌دهد که زنجبیل و ترکیبات آن مانند 6-جینجرول، دارای خواص نوروپروتکتیو است و از طریق حفظ شرایط فیزیولوژیک نورون­ها، افزایش ترشح نوروترانسمیترها و کاهش سیگنال مرگ،جهت بهبود اختلالات عصبی مرتبط با سن موثر است (7). گزارش شده است6 -جینجرول می‌تواند از مغز در برابر استرس اکسیداتیو،التهاب و آپوپتوز ناشی ازOrganophosphorus محافظت کند (2).

 نتایج پژوهش دیگری نشان داد ترکیبات موثر در ریزوم گیاه زنجبیل از طریق فعال کردن مسیرهای سیگنالینگ MEK/ERK1/2 و PI3K/AKT در سلول‌های  PC-12 فعالیت عصب­زایی دارند. همچنین 6-شوآگول به عنوان یکی دیگر از ترکیبات زنجبیل است که می‌تواند همانند NGF عمل کند و رفتارهای فیزیولوژیک آن را تقلید کند (29).

 در این مطالعه مشخص شد نانوذرات طلای کوت شده با 6-جینجرول می‌توانند سبب مهار Bax و افزایش Bcl2  در موش‌های دریافت کننده نانوذرات طلا شوند. همسو با نتایج به دست آمده محققین طی پژوهشی نشان دادند 6- جینجرول دارای اثر محافظتی بر سلول‌های کلیوی در آسیب کلیوی القا شده توسط جنتا مایسین است. همچنین مشخص شد 6-جینجرول از طریق مهار کاسپاز 3 وHsp47  سبب کاهش آپوپتوز در سلول‌های کلیوی آسیب دیده می‌شود (14).

از محدودیت­های مطالعه حاضر می‌توان به عدم داشتن امکانات کافی جهت انجام بررسی­های رفتاری که نتایج آن می‌توانست مکملی برای نتایج به دست آمده باشد، اشاره کرد. مطالعه حاضر در شرایط In Vivo انجام شده، پیشنهاد می‌شود جهت درک بهتر نتایج  به دست آمده و یافتن مکانیسم­های مولکولی، در شرایط In Vitro هم بررسی­های لازم صورت گیرد. 

نتیجه­گیری

نتایج مطالعه حاضر نشان می­دهد 6-جینجرول به عنوان یک آنتی­اکسیدان طبیعی زمانی که همراه نانوذرات طلا استفاده می‌شود سبب کاهش آسیب استرس اکسیداتیو DNA و کاهش آپوپتوز در بافت هیپوکامپ موش‌های صحرائی در معرض نانوذرات طلا می‌شود. همچنین سبب بهبود سطح هیپوکامپیNGF  و BDNF در موش‌های صحرائی در معرض نانوذرات طلا می‌شود.

تشکر و قدردانی

لازم می­دانیم مراتب قدردانی خود برای انجام این پژوهش را از معاونت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد دامغان اعلام نماییم.

تضاد منافع

نویسندگان اعلام می­کنند که هیچ تضاد منافعی ندارند.

1- Hajbabaei M., Baharara J., Iranbakhsh A., Ramezani T. (2017). Investigation angiogenesis effect of silver nanoparticles coated with silymarin on chick embryo chorioalantoic membrane and evaluation of its antioxidant activity. Razi Journal of Medical Sciences, 23(152):54-64
2- Abolaji A.O., Ojo M., Afolabi T.T., Arowoogun M.D., Nwawolor D., Farombi E.O. (2017). May; Protective properties of 6-gingerol-rich fraction from Zingiber officinale (Ginger) on chlorpyrifos-induced oxidative damage and inflammation in the brain, ovary and uterus of rats. Chemico-Biological Interactions, 270:15-23.
3-Afzal M., Al-Hadidi D., Menon M., Pesek J., Dhami M.S. (2001). Ginger: an ethnomedical, chemical and pharmacological review.  Drug Metabolism and Drug Interactions, 18:159-190.
4- Bonoiu A.C., Bergey E.J., Ding H., Hu R., Kumar R., Yong K.T., Prasad P.N., Mahajan S., Picchione K.E., Bhattacharjee A., Ignatowski T.A. (2011). Gold nanorod-siRNA induces efficient in vivo gene silencing in the rat hippocampus. Nanomedicine, 6(4):617-630.
5- Chang M.Y., Shiau A.L., Chen Y.H., Chang C.J., Chen H.H., Wu C.L. (2008). Increased apoptotic potential and dose-enhancing effect of gold nanoparticles in combination with single-dose clinical electron beams on tumor-bearing mice. Cancer Science, 99(7):1479-84.
6- Chen X.Q., Sawa M., Mobley W.C. (2018). Dysregulation of neurotrophin signaling in the pathogenesis of Alzheimer disease and of Alzheimer disease in Down syndrome. Free Radical Biology and Medicine, 114:52-61.
7- Choi J.G., Kim S.Y., Jeong M., Oh M.S. (2018). Pharmacotherapeutic potential of ginger and its compounds in age-related neurological disorders. Pharmacology and Therapeutics, 182:56-69.
8- Chompoosor A., Saha K., Ghosh P.S., Macarthy D.J., Miranda O.R, Zhu Z.J., et al. (20100. The role of surface functionality on acute cytotoxicity, ROS generation and DNA damage by cationic gold nanoparticles. Small, 6(20):2246-2249.
9- Daduang J., Palasap A., Daduang S., Boonsiri P., Suwannalert P., Limpaiboon T. (2015). Gallic acid enhancement of gold nanoparticle anticancer activity in cervical cancer cells. Asian Pacific Journal of Cancer Prevention, 16(1):169-174.
10- Elahi N., Kamali M., Baghersad M.H. (2018). Recent biomedical applications of gold nanoparticles: A review. Talanta, 184:537-556.
11-Ficker C.E., Arnason J.T., Vindas P.S., Alvarez L.P., Akpagana K., Gbassor M., De Souza C., Smith M.L. (2003). Inhibition of human pathogenic fungi by ethnobotanically selected plant extract.  Mycoses, 46:29-37.
12- Gao W., Xu K., Ji L., Tang B. (2011). Effect of gold nanoparticles on glutathione depletion-induced hydrogen peroxide generation and apoptosis in HL7702 cells. Toxicology Letters, 205(1): 86-95.
13- Ghayur M.N., Gilani A.H. (2005). Ginger lowers blood pressure through blockade. Pharmacology, 45:74-80
14- Hegazy A.M., Mosaed M.M., Elshafey S.H., Bayomy N.A. (2016). 6-gingerol ameliorates gentamicin induced renal cortex oxidative stress and apoptosis in adult male albino rats. Tissue and Cell, 48(3):208-216.
15- Huang Q.R., Iwamoto M., Aoki S., Tanaka N., Tajima K., Yamahara J., Takiashi Y., Yoshida M., Tomimatso T., Tamai Y. (1991). Anti 5hydroxytryptamine 3 effect of galanolactone, diterpenoid isolated from ginger.  Chemistry Pharmacology Bulletin, 39:397-399.
16- Jia H.Y., Liu Y., Zhang X.J., Han L., Du B., Tian Q., Xu Y.C. (2009). Potential oxidative stress of gold nanoparticles by induced-NO releasing in serum. Journal of American Chemical Society, 131(1): 40-41.
17- Kang B., Mackey M.A., El-Sayed M.A. (2010). Nuclear targeting of gold nanoparticles in cancer cells induces DNA damage, causing cytokinesis arrest and apoptosis. Journal of American Chemical Society, 132(5): 1517-1519.
18- Khaki A., Khaki A.A., Hajhosseini L., Golzar F.S., Ainehchi N. (2014). The anti-oxidant effects of ginger and cinnamon on spermatogenesis dys-function of diabetes rats. African Journal of Traditional, Complementary and Alternative Medicines, 11(4):1-8.
19- Knight T., Luedtke D., Edwards H., Taub J.W., Ge Y. (2019). A delicate balance - The BCL-2 family and its role in apoptosis, oncogenesis, and cancer therapeutics. Biochemistry and Pharmacology, 162:250-261.
20- Li J.J., Zou L., Hartono D., Ong C.N., Bay B.H., Lanry Yung L.Y. (2008). Gold nanoparticles induce oxidative damage in lung fibroblasts in Vitro. Advanced Materials, 20(1):138-142.
21- Lin R.J., Chen C.Y., Lee J.D., Lu C.M., Chung L.Y., Yen C.M. (2010). Larvicidal conctituents of Zingiber officinale (ginger) against Anisakis simplex. Plantal Medicine, 76(16):1852-1858.
22- Malu S.P., Obochi G.O., Tawo E.N. Nyong B.E. (2009). Antibacterial activity and medicinalproperties of ginger (Zingiber officinale). Global Journal of Pure and Applied Sciences, 15(3):365-368.
23- Mohamed O.I., El-Nahas A.F., El-Sayed Y.S., Ashry K.M. (2016). Ginger extract modulates Pb-induced hepatic oxidative stress and expression of antioxidant gene transcripts in rat liver. Pharmaceutical Biology, 54(7):1164-1172.
24- Nwozo S.O., Osunmadewa D.A., Oyinloye B.E. (2014). Anti-fatty liver effects of oils from Zingiber officinale and Curcuma longa on ethanol-induced fatty liver in rats. Journal of Integrative Medicine, 12(1):59-65.
25- Ramakrishnan R. (2013). Anticancer properties of Zingiber officinale-ginger: A Review. International Journal of Medicine and Pharmaceutical Sciences, 3(5):11-20
26- Saeedi M., Eslamifar M., Khezri K., Dizaj S.M. (2019). Applications of nanotechnology in drug delivery to the central nervous system. Biomedicine and Pharmacotherapy, 111:666-675.
27- Scott-Solomon E., Kuruvilla R. (2018). Mechanisms of neurotrophin trafficking via Trk receptors. Molecular and Cellular Neuroscience, 91: 25-33.
28- Selim M.E., Hendi A.A. (2012). Gold nanoparticles induce apoptosis in MCF-7 human breast cancer cells. Asian Pacific Journal of Cancer Prevention, 13(4):1617-1620.
29- Seow S.L.S., Hong S.L., Lee G.S., Malek S.N.A., Sabaratnam V. (2017). 6-shogaol, a neuroactive compound of ginger (jahe gajah) induced neuritogenic activity via NGF responsive pathways in PC-12 cells. BMC Complementary and Alternative Medicine, 17(1):334.
30- Shirjani S., Mansoori B., Asghari S., Duijf P.H.G., Mohammadi A., Gjerstorff M., Baradaran B. (2019). MicroRNAs in cancer cell death pathways: Apoptosis and necroptosis. Free Radical Biology and Medicine, 139:1-15.
31- Shrivastava R., Kushwaha P., Bhutia Y.C., Flora S. (2016). Oxidative stress following exposure to silver and gold nanoparticles in mice. Toxicology and Industrial Health, 32(8):1391-1404.
32- Siddiqi N.J., Abdelhalim M.A., El-Ansary A.K., Alhomida A.S., Ong W.Y. (2012). Identification of potential biomarkers of gold nanoparticle toxicity in rat brains. Journal of Neuroinflammation, 9: 123.
33- Söderstjerna E., Johansson F., Klefbohm B., Englund Johansson U. (2013). Gold- and silver nanoparticles affect the growth characteristics of human embryonic neural precursor cells. PLoS One, 8(3):e58211.
34- Srinivasan K. (2017). Ginger rhizomes (Zingiber officinale): A spice with multiple health beneficial potentials. PharmaNutrition, 5(1):18-28.
35- Tang J.Y., Ou-Yang F., Hou M.F., Huang H.W., Wang H.R., Li K.T. (2019). Oxidative stress-modulating drugs have preferential anticancer effects - involving the regulation of apoptosis, DNA damage, endoplasmic reticulum stress, autophagy, metabolism, and migration. Seminars in Cancer Biology, 58:109-117.
36- Tedesco S., Doyle H., Redmond G., Sheehan D. (2008). Gold nanoparticles and oxidative stress in Mytilus edulis. Marine Environmental Research, 66(1):131-133.
37- Wu D., Liu B., Yin J., Xu T., Zhao S., Xu Q., Chen X., Wang H. (2017). Detection of 8-hydroxydeoxyguanosine (8-OHdG) as a biomarker of oxidative damage in peripheral leukocyte DNA by UHPLC-MS/MS. Journal of Chromatography B, Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences, 1064:1-6.
Cellular and Molecular Research (Iranian Journal of Biology)
Volume 38, Issue 1
Spring 2025
Pages 32-45

  • Receive Date 07 December 2021
  • Revise Date 01 January 2022
  • Accept Date 01 June 2022