여기에서는 Eucommia ulmoides 나무 껍질에서 얻은 폴리이소프렌이 풍부한 수성 추출물을 사용하여 산화아연(ZnO) 나노 입자를 합성하는 프로토콜을 제시합니다. 인간 제대 정맥 내피 세포(HUVEC)에서 합성된 ZnO 나노 입자가 보여주는 상처 치유 잠재력은 간단하고 비용 효율적이며 효율적인 방법인 스크래치 분석을 사용하여 평가되었습니다.
방법 논문
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여기에서는 Eucommia ulmoides 나무 껍질에서 얻은 폴리이소프렌이 풍부한 수성 추출물을 사용하여 산화아연(ZnO) 나노 입자를 합성하는 프로토콜을 제시합니다. 인간 제대 정맥 내피 세포(HUVEC)에서 합성된 ZnO 나노 입자가 보여주는 상처 치유 잠재력은 간단하고 비용 효율적이며 효율적인 방법인 스크래치 분석을 사용하여 평가되었습니다.
Eucommia ulmoides의 껍질에서 추출한 수성 추출물은 수많은 건강상의 이점을 가진 생체 활성 화합물의 풍부한 공급원 역할을 합니다. 이 프로토콜은 Eucommia ulmoides 껍질 매개 폴리이소프렌이 풍부한 수성 추출물을 사용하여 산화아연(ZnO) 나노 입자를 제조하는 방법을 탐구하는 것을 목표로 합니다. 한편, 제안된 프로토콜은 프로세스를 완화하여 상처 치유 재료의 준비와 관련이 있습니다. 또한, 합성된 나노입자(Eu-ZnO-NPs)의 상처 치유 가능성은 인간 제대 정맥 내피 세포(HUVEC) 단층에 대한 간단한 스크래치 분석을 사용하여 평가되었습니다. Eu-ZnO-NPs로 24시간 동안 처리한 후, HUVEC 세포의 세포 증식 및 이동을 평가했습니다. 연구가 끝날 무렵, 다양한 농도의 Eu-ZnO-NP로 처리된 긁힌 단층에서 세포 증식 및 이동이 관찰된 반면, 대조 세포에서는 낮은 세포 이동 및 증식 속도가 관찰되었습니다. 선택한 농도 중 20μg/mL Eu-ZnO 나노 물질은 더 나은 세포 이동과 향상된 상처 치유 잠재력을 보여주었습니다.
약용 식물과 식물 유래 화합물은 수많은 건강상의 이점을 나타내는 것으로 나타났습니다1. 세계보건기구(WHO)는 전 세계 인구의 80%가 1차 의료 서비스를 위해 전통적인 약용 식물에 의존하고 있다고 보고했습니다. 중국은 전통 중국 의학(TCM)으로 잘 알려져 있고 인기가 있습니다. 한약재는 다양한 질병을 치료하고 생물학적 잠재력으로 활용되는 것으로 보고되었습니다. 약용 식물은 생체 활성 화합물과 다양한 치료 역할의 저장소 역할을 합니다. 상처를 치료하기 위해 약용 식물도 활용되었습니다. 만성 상처를 치료하기 위해 적용되는 방법에는 여러 가지가 있다2. 최근의 조사에 의하면 약용 식물은 상처 치유에 유리한 조건을 제공하고, 감염이 없으며, 조직 재생을 고정시킴으로써 상처 치유 과정에 관여하는 것으로 밝혀졌다3. 한편, 약용 식물에 존재하는 생리 활성 화합물의 항균 및 항진균 특성은 상처를 치료하고 상처 치유 효율을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다4.
금속 기반 나노 물질은 생체 적합성 및 생분해성 특성으로 인해 주목을 받고 있습니다. 일반적으로 중국 고무 나무라고 불리는 Eucommia ulmoides 는 중국의 토착 종입니다. 나무의 잎과 껍질은 의약 행위에 사용됩니다. 가장 중요한 것은 식물 종이 중국 중부 및 서부 지방에서 재배되었다는 것입니다5. Peng et al.6은 잎, 나무 껍질 및 staminate 꽃이 치료 잠재력으로 먹을 수 있다고 보고했습니다. 또한 E. ulmoides 는 리그난, 페닐프로파노이드, 이리도이드, 플라보노이드, 아미노산 및 미량 원소의 최상의 공급원 역할을 합니다. 또한, 나무 껍질은 혈압 조절, 지방 감소, 항골다공증 및 저혈당 활동 촉진과 같은 다양한 생물 의학 응용 분야에 활용되어 왔습니다7. 따라서 의심할 여지 없이 E. ulmoides 껍질 추출물이 중국 전통 의학에서 오랜 역사를 가지고 있음이 입증되었습니다. 이전 보고서에서는 천연 고분자 폴리이소프렌이 Eucommia ulmoides8의 껍질에 풍부하다고 제안했습니다. 위의 정보를 바탕으로 본 연구는 Eucommia ulmoides 껍질 추출물을 사용하여 나노 물질을 제조하는 것을 목표로 합니다. 아연과 껍질 추출물의 조합은 나노 물질을 제조하는 데 매력적인 선택입니다. 전반적으로, 본 조사의 궁극적인 목적은 상처 치유 응용 분야를 위한 새로운 하이브리드 나노 물질을 제조하는 것이었습니다.
참고 : 추출물을 준비하기 전에 얻은 나무 껍질 재료를 탈 이온수를 사용하여 두 번 세척하고 그늘진 곳에서 건조시켰다. 그늘에서 건조된 나무 껍질은 밀폐 용기에 보관되었습니다.
1. Eucommia ulmoides 껍질 추출물의 준비
2. E. ulmoides 나무 껍질 매개 ZnO 나노 입자의 생합성
3. TEM을 이용한 사이즈 확인
4. 세포독성 평가
5. 스크래치 분석을 위한 HUVEC 세포 준비
본 연구는 Eucommia ulmoides 나무의 껍질을 사용하여 나노 입자를 합성하는 것을 목표로 합니다. 나무 껍질 재료는 그늘진 환경에서 완전히 건조되었습니다 (그림 1). 껍질 재료를 사용하여 샘플을 130°C에서 20분 동안 가열하여 온수 수성 미처리 추출물을 제조했습니다. 온도와 지속 시간이 약간 변하면 식물 화합물이 파괴되어 수성 추출물을 준비하는 데 적합하지 않을 수 있습니다. E. ulmoides 의 수성 조껍질 추출물을 제조하여 나노 입자 합성에 활용했습니다(그림 2). 제조된 추출물을 즉시 활용할 수 있습니다. 장기간 보관된 추출물은 합성 과정에 영향을 미칠 수 있습니다. 그러므로, nanoparticles의 준비를 위해 갓 준비된 추출물은 추천됩니다.
조잡한 껍질 추출물 매개 ZnO NP의 성공적인 합성은 유백색의 출현과 pH의 변화에 의해 확인되었습니다 (그림 3). pH는 나노 입자의 크기와 밀접한 관련이 있으며 pH가 9를 초과하면 응집과 고르지 않은 크기가 발생합니다. 합성된 나노물질의 구조는 TEM 분석을 이용하여 확인하였으며, 합성된 나노입자는 도 4와 같이 80-90 nm의 입자 크기를 나타내었다. 반응 혼합물의 급격한 변화를 방지하기 위해 NaOH를 적가해야 합니다. 금속 기반 나노 제형은 적합하고 저렴하며 독성이 가장 적습니다. 그러나 금속 기반 나노 물질은 생물학적 기능으로 잘 알려져 있습니다.
HUVEC 세포에 대한 Eu-ZnO-NP의 세포 독성은 24시간 동안 다양한 농도의 Eu-ZnO-NP를 노출시킨 CCK-8 분석에 의해 결정되었습니다. 그 결과, Eu-ZnO-NP는 50μg/mL의 더 높은 농도에서 HUVEC 세포에 대한 세포 독성에 눈에 띄는 변화를 보이지 않았습니다(그림 5). 적절한 양의 세포를 로드하고 멸균 200μL 피펫 팁을 사용하여 균일한 크기의 상처를 만들었습니다. 한계를 초과하는 셀 부피는 pH의 변화와 느린 증식 속도를 유발할 수 있습니다. 치료 24시간 후 치료군에서 세포의 이동과 상처 봉합이 관찰된 반면, 대조군에서는 유사한 변화가 관찰되지 않았습니다. 상처 치유 활성의 결과는 합성된 Eu-ZnO-NPs가 HUVEC 세포주에서 상처 치유 특성을 나타내는 것으로 나타났습니다. 20μg/mL의 Eu-ZnO 나노 물질 농도는 더 빠른 세포 이동을 촉진하고 상처 치유 특성을 향상시킵니다. 가장 중요한 것은 합성된 Eu-ZnO 나노 입자가 농도 의존적 작용 모드를 나타냈다는 것입니다. 또한, 치료 24시간 후 긁힌 단층에서 세포 증식 및 이동이 관찰된 반면, 대조 세포에서는 낮은 세포 이동 및 증식률이 관찰되었습니다(그림 6). 상처 봉합 비율은 대조군에서 16%로 관찰되었으며, 24시간 후 10μg/mL에서 51%, 20μg/mL 치료군에서 81.5%가 관찰되었습니다(그림 7).

그림 1 : Eucommia ulmoides 껍질 조각 모음. Eucommia ulmoides 수성 온수 추출물을 제조하는 데 사용되는 나무 껍질의 그림. 추출하기 전에 나무 껍질을 철저히 씻어 불순물을 제거하고 완전히 그늘에서 건조시켜야합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: Eucommia ulmoides 껍질 추출물의 준비: 나노 입자를 합성하는 데 사용되는 Eucommia ulmoides 껍질 추출물의 그림. 200mL의 Eucommia ulmoides 껍질 추출물은 20g의 껍질 조각을 사용하여 제조되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: Eucommia ulmoides 껍질 매개 ZnO 나노 입자의 합성. 이미지는 Eu-ZnO 나노 입자의 형성을 보여주며 유백색의 용액은 Eu-ZnO 나노 입자의 형성을 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 투과 전자 현미경 분석: 이미지는 Eucommia ulmoides 껍질 매개 ZnO 나노 입자 (A) 100nm 배율 및 (B) 50nm 배율의 다양한 배율을 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: CCK-8 세포 생존도 분석. 막대 그래프는 0-50 μg/mL의 다양한 농도로 처리한 후 세포의 생존력을 나타내는 반면, 처리하지 않은 세포는 음성 대조군 역할을 합니다. 데이터는 평균과 표준 편차를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 6: 상처 봉합 평가를 위한 스크래치 분석. 세포를 합성된 EU-ZnO NP(10μg/mL 및 20μg/mL) 및 EU-ZnO NP(대조군) 없이 처리하고 24시간 동안 배양했습니다. 세포 증식 및 이동은 EU-ZnO NP로 처리된 세포에서 관찰되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 7: 상처 봉합 비율. 막대 그래프는 0시간 및 24시간에 EU-ZnO NP 처리를 하거나 하지 않은 HUVEC 단층의 상처 봉합 비율을 나타냅니다. 데이터는 평균과 표준 편차를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
E. ulmoides 껍질, 씨앗 및 잎은 수많은 건강상의 이점을 나타내는 것으로 여겨집니다. 우리의 결과는 EU-ZnO 나노 입자의 합성이 간단하고 비용 효율적인 접근 방식을 사용하여 달성되었음을 보여주었습니다. 수성 추출물은 나노 입자를 합성하는 데 사용되었습니다. 껍질 재료를 고온에서 가열하면 일부 식물 성분이 분해되고 추출 효율이 저하 될 수 있습니다. 수성 허브 추출물에 존재하는 식물 성분은 금속 이온을 환원시켜 나노 입자를 형성할 수 있습니다. 질산 아연 이수화물은 생체 적합성 및 매우 안정적인 특성을 위해 ZnO 나노 입자의 제조에 사용됩니다9. 나노 물질을 합성하거나 설계하기 위해 최소 독성에서 높은 독성을 유발하는 금속 원소를 사용하는 것은 위험하며 생물 의학적 주장에 사용할 수 없습니다. 이 합성은 하루(24시간) 이내에 수행할 수 있습니다. 그러나 독성이 없는 금속 및 생체 적합성 물질은 안전한 것으로 간주되어 상처 치유 효율을 평가하는 데 활용됩니다. 합성된 나노입자의 응집의 주된 이유는 식물화학적 결합입니다. 나노 입자의 응집은 Van der Waal 상호 작용의 매력적인 특성과 표면10 , 11 사이의 인력 때문이었습니다. 나노 입자의 응집은 물리적 및 광학적 특성에 영향을 줄 수 있습니다. 나노 입자의 크기와 모양은 소성 및 어닐링12를 사용하여 수정할 수 있습니다. 탈 이온수 및 초음파 처리에서 나노 물질의 재현탁은 나노 입자의 응집을 피하는 데 도움이 될 수 있습니다. 수성 추출물에 있는 bioactive 화합물 또는 작용기의 존재는 환원 과정에 관여할 가능성이 높습니다. 나노 입자 수율은 전적으로 합성 공정에 사용되는 반응 혼합물의 부피에 따라 달라집니다. 나노 입자를 대규모로 합성하는 것은 응집 및 불균일한 입자 크기를 포함하여 몇 가지 제한 사항이 있습니다.
본 연구 결과와 유사하게, Aydin Acar 등[13 ]은 금잔화 officinalis 꽃 추출물 매개 ZnO 나노 입자가 L929 세포에서 69.1%의 상처 봉합으로 상처 치유 특성을 나타낸다고 보고했습니다. 또한, Crotalaria verrucosa 잎 매개 ZnO 나노 입자는 40.45%의 상처 폐쇄로 HeLA 세포주에서 5μg/mL 농도로 상처 치유 잠재력을 보여주었습니다14. Zhang 등[15]은 Euphorbia fischeriana 를 사용하여 합성된 ZnO 나노 입자가 10 및 15 μg/mL 농도에서 상당한 상처 치유 특성을 보였다고 보고했습니다. 이러한 연구는 합성된 나노 제형이 상처 치유제로 사용될 수 있음을 입증했습니다. 이러한 연구의 연구 결과는 합성된 화합물이 상처를 치유하고 치료군의 재상피화에 도움이 될 수 있음을 보여주었습니다.
지혈과 세포 이동은 상처를 치유하는 중요한 과정으로 간주됩니다. HUVEC의 단층에 생성된 긁힌 자국은 인공 상처를 모방하기 위해 피펫 팁을 사용하여 만들었습니다. 또한 동일한 너비의 상처를 만드는 것은 매우 까다롭고 복잡합니다. 반면에 이것은 더 저렴한 방법입니다. 이 분석에서 설계된 나노 입자는 대조군에 비해 10-20 μg/mL 농도에서 HUVEC에서 우수한 상처 치유 특성을 나타내는 것으로 관찰되었습니다. 또한, 합성된 Eu-ZnO-NP는 독성 효과를 일으키지 않고 세포 단층에 생성된 상처를 복구할 수 있는 효능이 있습니다. 이러한 체외 실험은 동물 모델을 사용하여 합성된 고분자 기반 나노 물질의 효과를 확인하는 데 사용할 수 있습니다.
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저자들은 계측 시설을 제공해 주신 중국 창사시 센트럴 사우스 대학교(Central South University)의 세포 생물학과에 진심으로 감사의 뜻을 전합니다.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 12 웰 플레이트 | NEST | 703011 | 세포 배양 및 분석에 사용됩니다 |
| 원심분리기 | SCILOGEX | SC1406 | 콜로이드 혼합물에서 나노 입자를 분리하는 데 사용됩니다 |
| 원심분리기 튜브 – 15 mL | BIOFIL | CFT-312150 | 합성된 용액을 원심분리하기 위해 |
| 원심분리기 튜브 – 5 mL | Biosharp | BS-50-CM-S | 나노 입자 |
| CO2 인큐베이터 | Thermo scientific | 3010 | HUVEC 세포를 배양하려면 |
| 잡음이 제거된 물 | Millipore | 해당 사항 없음 | 추출물의 제조를 위해 |
| DMEM 매체 | Cytiva | SH30243.01 | 세포 배양 작업에 사용 |
| Funnel | Thermo 과학 | 42600060 | 여과지 중에 여과지를 유지하기 위해 |
| 유리 비커 | Borosilicate | 1102-50 | 수성 추출물 열기를 준비하는 데 사용 |
| Genetimes | 해당 없음 | 나노 입자를 건조시키고 분말 형태로 수집하는 데 사용됩니다. | |
| 자기 교반기 | KYLIN-BELL | GL-5250-A | 나노 입자 합성 |
| 현미경 | Nikon Eclipse | Ts2 | 마이크로 사진 촬영에 사용 |
| 페트리 접시 | NEST | 753001 | 나노 입자를 수집하는 데 사용됩니다. |
| 피펫 1mL | 실험실 과학 | YEA17AD0055580 | 특정 용량의 용액을 복용/추가하려면 |
| 피펫 팁 1 mL | SAINING | 3014200-T | 용액의 특정 부피를 취하거나 추가하려면 |
| PTFE Magnetic Mixer Stir Bars | LAN RAN | 해당 없음 | 나노 물질 합성 공정에 사용 |
| 수산화나트륨 | Sigma Alrich | 71690 | 합성 중 pH를 조정하는 데 사용 |
| Stainless Scissor | Deli | 6034 | 껍질 재료를 자르는 데 사용 |
| T25 조직 배양 플라스크 | NEST | 707001 | 세포를 유지하는 데 사용 |
| 계량 저울 | 라드와그 | AS220R2 | 화학 물질의 무게를 측정하는 데 사용됩니다 |
| Whatman 필터 페이퍼 No.1 | Newstar | GB/T1914-2017 | 을 필터링하는 데 사용됩니다 |
| Sigma Alrich | 13778-30-8 | 나노 입자의 전구체로 사용됩니다. S 합성 |
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