مروری بر کاربرد نانوذرات اکسید روی در علوم زیستی

نانوتکنولوژی از شاخه های نوظهور علم است که  استفاده گسترده ای در زمینه های مختلفی چون پزشکی دارد. نانوذرات توسط ترکیبات مختلف در اندازه، شکل و خواص شیمیایی مختلف تولید می‌شوند و در زمینه های مختلف بیولوژیکی و زیست‌پزشکی قابل استفاده هستند. نانوذرات فلزی در بسیاری از زمینه ها استفاده گسترده ای 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 زمینه های 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 می دهند. تاکید ویژه ای بر مکانیسم‌های باکتری کشی و توقف رشد باکتری با تمرکزبر تولید گونه های 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 سلول های سرطانی می شوند. القای اتوفاژی با انحلال آن‫ها در لیزوزوم ها برای آزاد کردن یون های روی همبستگی مثبت داشته و یون های روی آزاد شده از نانوذرات روی توانستند به لیزوزوم ها 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 شده اند 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 موثر است. ros توسط نانوذرات اکسید فلزی تولید می شود که به طور قابل توجهی به تکثیر فیبروبلاست کمک می کند. پیوند متقابل سلول های فیبروبلاست و نانوذرات اکسید روی تحت تاثیر مساحت سطح و اندازه نانوذرات قرار می گیرد. پانسمان نانوذرات اکسید روی باعث افزایش آپوپتوزیس، پاکسازی باکتری، فعال شدن پلاکت، نکروز بافتی، اپی‫تلیال شدن مجدد، تشکیل اسکار بافتی، حذف دبری ها، 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.

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

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 anticancer. 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. znonps 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 znolocalized 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, reepithelialization, tissue scar formation, debris removal, angiogenesis, and stem cell activation through wound healing. nanoparticlebased 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.