فهرست مطالب
نشریه زیست فناوری دانشگاه تربیت مدرس
سال چهاردهم شماره 2 (پیاپی 37، بهار 1402)
- تاریخ انتشار: 1403/03/08
- تعداد عناوین: 8
-
-
صفحات 1-12
در سال های اخیر با توجه به کمبود منابع جنگلی و همچنین افزایش میزان مصرف کاغذ و مقوا، بسیاری از تولیدکنندگان خمیر و کاغذ استفاده از منابع مختلف الیاف بازیافتی را توسعه داده اند. بنابراین بازیافت کاغذ یک راه کار موثر و سازگار با محیط زیست برای حفظ منابع جنگلی بوده که در نهایت منجر به صرفه جویی در تنوع طبیعی و مصرف انرژی می شود. استفاده از زیست فناوری در بخش های مختلف صنایع فرآورده های سلولزی همچون خمیرسازی زیستی، رنگ بری زیستی، مرکب زدایی زیستی، تصفیه زیستی پساب و... مورد توجه قرار گرفته و دستاوردهای خوبی نیز در این زمینه به دست آمده است. استفاده از آنزیم ها در فراوری الیاف بازیافتی یکی از مهم ترین جنبه های کاربردی علم زیست فناوری در صنایع سلولزی است. استفاده از فناوری های آنزیمی به عنوان فرآیند دوست دار محیط زیست منجر به تغییر در فرآیندهای صنعتی شده و قابلیت های زیادی را در حل بسیاری از مشکلات الیاف بازیافتی به ویژه مشکلات مربوط به مرکب زدایی کاغذ باطله، سرعت آب گیری خمیرکاغذ، استخوانی شدن (شاخه ای) الیاف، پالایش و مواد چسبناک نشان داده است. به طور کلی مرکب زدایی با آنزیم ها تحت شرایط اسیدی یا خنثی، میزان مصرف مواد شیمیایی را کاهش داده و زردی کاغذهای بازیافتی را در شرایط مرکب زدایی متداول قلیایی کاهش می دهد. امروزه استفاده از آنزیم های سلولزی (سلولاز و همی سلولاز) و اکسایشی (مانند لاکاز) و همچنین آمیلاز و پکتیناز نتایج قابل قبولی را برای مرکب زدایی انواع مختلف کاغذهای باطله نشان داده اند به طوری که اغلب آزمایش های انجام شده در واحدهای نیمه صنعتی و همچنین صنعتی اثبات کردند که مرکب زدایی با آنها می تواند موجب کاهش هزینه مواد شیمایی، افزایش میزان جداسازی ذرات مرکب
کلیدواژگان: آلودگی پساب، زیست فناوری، فراوری الیاف بازیافتی، کیفیت کاغذ، مرکب زدایی زیستی -
صفحات 13-24
ترانستیرتین یک پروتئین هموتترامر 55 کیلو دالتونی بسیار محافظت شده است که در چندین گونه مهره داران از جمله انسان وجود دارد و در باکتری ها، نماتدها و گیاهان نیز مشاهده می شود. مطالعات قبلی صورت گرفته، نشان می دهد که تعامل مستقیم بین ترانستیرتین و آمیلوئید بتا (عامل بیماری آلزایمر) وجود دارد که منجر به مهار تجمع آمیلوئید بتا، تخریب فیبریلی یا هر دو می شود، در سال های گذشته، شواهد نشان می دهد که گونه های اولیگومری امیلوئید بتا که در اثر فرایند تجمع تشکیل شده اند، سمی تر از فیبریل های بالغ هستند. مطالعات نشان داده است که چنین واسطه الیگومری نیز توسط میانکنش با پروتئین های ترانستیرتین تعدیل می شود، هرچند هنوز مکانیسم دقیق اتصال آمیلوئید بتا به پروتئین ترانستیرتین مشخص نشده است. در این مطالعه پس از تخلیص پروتئین ترانستیرتین انسانی، اثرات مهاری پروتئین ترانستیرتین برای تشکیل آمیلوئید بتا به روش های مختلف نشان داده شد و در نهایت به کمک مطالعات سنجش هیدروفوبیسیته سطحی نقش این میانکنش ها در فعالیت چاپرونی ترانستیرتین مورد بررسی قرار گرفت. رسم نمودار اسکاچارد برای بیان کمی میزان آبگریزی سطحی پروتئین (PSH) حاکی از افزایش میزان هیدروفوبیسیته ترانستیرتین پس از اتصال به فرم های اولیگومری آمیلوئید بتا را دارند. نتایج ارائه شده در این تحقیق بینشی در مورد طبیعت و میانکنش های درگیر در مراحل اولیه تشکیل فیبریل در پروتئین آمیلوئید بتا و نحوه میانکنش آن با ترانستیرتین فراهم می کند. نتایج نشان داد که احتمالا میانکنش های هیدروفوبیسیته در اتصال مورد مطالعه نقش دارد. با توجه به شباهت سیستم های تشکیل آمیلوئید، یافته های توصیف شده می تواند درک عمیق تری از آسیب شناسی بیماری های آمیلوئیدی ایجاد کند.
کلیدواژگان: بیماری های تخریب عصبی، ترانستیرتین، فیبریل های آمیلوئیدی، آمیلوئید بتا -
صفحات 25-36
فرآیند تولید توکسویید دیفتری توسط نرم افزار SuperPro Designer طراحی و تاثیر اعمال تغییرات در فرآیند بر بازده و هزینه های تولید بررسی شد. با علم بر فرآیند واقعی تولید توکسویید، از بیوراکتور با شرایط عملیاتی بهینه و از سانتریفیوژ صنعتی دیسک انباشته به جای فیلتر پرس به منظور جداسازی پیکره باکتری استفاده شد. اعمال این تغییرات همراه با افزودن پمپ میان بیوراکتور و سانتریفیوژ بود. نتایج نشان می دهد که بهبود شرایط عملیاتی بیوراکتور می تواند موجب افزایش 25 درصدی تولید توکسین، یعنی افزایش تولید از 7 میلیون دوز به 75/8 میلیون دوز شود. هدررفت توکسین در فیلتر پرس (14 درصد) با استفاده از سانتریفیوژ کاملا برطرف و در مجموع موجب افزایش 44 درصدی تولید توکسویید خواهد شد. همچنین، این تغییرات می تواند منجر به کاهش 16 درصدی زمان فرآیند، کاهش 29 درصدی آب مصرفی و اما افزایش 32 درصدی مصرف انرژی شود. به طور کلی نتایج شبیه سازی نشان داد هزینه مربوط به تجهیزات جدید در فرآیند بهبود یافته ی پیشنهادی طی دو بچ تولید قابل برگشت خواهد بود.
کلیدواژگان: طراحی فرآیند، نرم افزار SuperPro Designer، بهینه سازی، بیوراکتور، سانتریفیوژ -
صفحات 37-51
آنژیوژنز در بسیاری از فرآیندهای فیزیولوژیک و پاتولوژیک از جمله رشد تومور دخالت دارد و VEGF مهم ترین فاکتور در این فرایند محسوب می شود. امروزه تولید آنتی بادی های تک دمینی (VHH) با ویژگی مهار فاکتورهای رشد در تومورهای سرطانی یکی از راهکار های جدید درمان سرطان می باشد. در پژوهش قبلی ما مشخص شد VHHهای شتری تهیه شده با استفاده از نمایش فاژی علیه VEGF در مهار آن نقش اساسی ایفا می کند. در این بین VHHی که دارای بیشترین تمایل به جایگاه اتصال به VEGF در بین دیگر اعضا کتاب خانه فاژیVHH ها تهیه شده بود، انتخاب شد. با توجه به کارایی بیان سطحی E. coli با استفاده از موتیف لنگری پروتئین هستهزایی یخ (INP)، از این سیستم برای بیان پروتئین استفاده شد. از آنجا که در اتصال INP به سطح سلول فقط دمین انتهای آمینی نقش دارد، در طراحی سازه ژنی از 537 جفت باز ابتدایی ژن InaK استفاده شد. همچنین با قراردادن جایگاه برش آنزیم پروتئاز TEV بین INP و VEvhh10، امکان جداسازی موفقیت آمیز VEvhh10 از سطح سلول باکتری فراهم گردید. بیان سطحی با استفاده از پلاسمید pET-21a حاوی INP و VEvhh10 علیه VEGF انجام شد. نتایج نشان داد دنباله INP گزینه مناسبی برای بیان سطحی VEvhh10در E. coli می باشد. پس از تولید VEvhh10 نوترکیب، جداسازی و تخلیص با استفاده از سانتریفیوژ و شستشوی متعدد انجام گرفته و اتصال آن به VEGF مورد بررسی قرار گرفت. اتصال موفقیت آمیزVEvhh10 به VEGF نشان داد که پروتئین نوترکیب حاصل می تواند برای کاربردهای درمانی و تشخیص بالینی بیماران در آینده مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژگان: نمایش سطحی در باکتری، پروتئین هسته زایی یخ، VHH، آنژیوژنز، فاکتور رشد اندوتلیال رگی -
صفحات 52-68
امرزه استفاده از بیوکاتالیست ها در صنعت اهمیت فراوانی دارد. چون آنها واکنش های شیمیایی را با صرف کمترین انرژی و بالاترین بازده انجام می دهند. در این بین آنزیم های باکتریایی با توجه به روش آسان کلون سازی و بیان بالای پرتئین ها در میزبان قابل دستورزی اهمیت خاصی دارند. آنزیم سلولاز فراوانترین پلیمر موجود در طبیعت را به واحدهای گلوکز هیدرولیز می کند. گلوکز تولید شده از این روش می تواند کاربردهای متنوع داشته باشد از جمله تولید سوخت زیستی، شیرین کننده در صنایع غذایی و تولید اتانول. با توجه به کاربرد گسترده این آنزیم، در سال های اخیر کلون سازی و تولید آن در میزبان های دستورزی شده گسترش یافته است. این مطالعه به منظور جداسازی، غربالگری و شناسایی سویه های بومی تولید کننده آنزیم اندوگلوکاناز از نمونه های خاک اطراف ریشه درخت افرا در منطقه شمال کشور انجام شد. سویه های جدا شده با استفاده از توالی یابی ژن 16S rRNA شناسایی شدند. پس از شناسایی نوع باکتری (Enterobacter hormaechei) ، تکثیر ژن آنزیم اندوگلوکاناز ابتدا توسط آغازگرهای دژنره و سپس توسط آغازگرهای اختصاصی دارای توالی های برشی انجام شد و الحاق ژن در پلاسمید مناسب با استفاده از آنزیم های برشی و الحاقی مناسب صورت گرفت. سپس پلاسمید نوترکیب حاصل به میزبان E.coli BL-21 منتقل شد و بیان پروتئین هدف با تحریک اوپران لک در غلظت mM 1 IPTG انجام گرفت. ثابت های کینتیکی آنزیم از جمله Vmax و Km به ترتیب برابر با 45 میکرومول در دقیقه و 4/1 میلی گرم در میلی لیتر محاسبه گردید. بهینه شرایط فعالیت آنزیم نوترکیب تولید شده در دمای °C37 و pH 7 می باشد.
کلیدواژگان: سلولز، کربوکسی متیل سلولز، غربالگری، آنزیم اندوگلوکاناز، آغازگر دژنره، انتروباکتر هورمایچی -
صفحات 69-93
فراریت اسانس ها و ناپایداری آن ها در برابر عوامل محیطی، موجب محدودیت استفاده از آن ها می گردد. با این وجود، کپسوله کردن در نانوذرات پلیمری می تواند به طور قابل توجهی نیمه عمر این ترکیبات را افزایش دهد و استفاده از آن ها را به مدت طولانی تری، امکان پذیر نماید. در میان انواع پلیمرهای مورد استفاده در کپسولاسیون اسانس ها، پلیمر زیست تخریب پذیرکیتوسان به دلیل سمیت پایین و رهایش کنترل شده بسیار مورد توجه است. از اینرو، پژوهش حاضربا هدف نانوکپسولاسیون کارواکرول و تیمول درکیتوسان با تکنیک ژل سازی یونی انجام گرفت؛ و با در نظر گرفتن سه متغیر غلظت کیتوسان (1/0- 3/0 درصد)، غلظت TPP (1/0- 2/0 درصد) و غلظت اسانس (1/0- 2/0 درصد)، متوسط اندازه ی نانوذرات با استفاده از روش سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی بهینه سازی شد. توزیع اندازه ی ذرات و شاخص پراکندگی (PDI) نانوفرمولاسیون های آماده سازی شده به کمک آنالیز DLS، تایید بارگیری اسانس با آنالیز FTIR و بازده ی کپسولاسیون به روش اسپکتروفتومتری تعیین شد. در ادامه، نتایج حاصل از بهینه سازی سنتز نانوذرات مورد بررسی قرار گرفت که بر این اساس، شرایط بهینه ی سنتز نانوذرات کیتوسان- تیمول و دستیابی به سایز 101 نانومتر و بازده ی کپسولاسیون 72 درصد، غلظت 11/0 درصد کیتوسان، 19/0 درصد TPP و 14/0 درصد تیمول تعیین شد. در مورد نانوذرات کیتوسان- کارواکرول، غلظت 13/0 درصد کیتوسان، 19/0 درصد TPP و 15/0 درصد کارواکرول منجر به تشکیل نانوذراتی با سایز 95 نانومتر و بازده ی کپسولاسیون 65 درصد گردید. به طورکلی، نتایج این مطالعه توانایی روش سطح پاسخ جهت پیش بینی اندازه و پراکندگی ذرات نانوفرمولاسیون های کیتوسان حاوی کارواکرول و تیمول را نشان داد.
کلیدواژگان: نانوکپسولاسیون، تیمول، کارواکرول، کیتوسان، روش سطح پاسخ -
صفحات 94-113
بیماری پارکینسون دومین بیماری شایع تحلیل برنده سلول های عصبی، بعد از آلزایمر محسوب می شود و میزان ابتلابه آن در جهان روبه افزایش است. در بیماری پارکینسون با تخریب نورون های دوپا مینرژیک در قسمت فشرده ی جسم سیاه مغز همراه است که منجر به اختلالات شدید حرکتی می شودکه همراه با ازدست رفتن پایانه های نورونی بطور عمده در پوتامن خلفی است. ویژگی دیگر بیماری پارکینسون در نواحی آسیب دیده مغزی؛ گسترش تجمعات آمیلوئیدی آلفا سینوکلئین در پلاک های پروتئینی به نام لویی بادی است. تاکنون درمان موثر برای محافظت نورونی پیدا نشده است و داروهای تایید شده صرفا برای کاهش یا رفع علائم بیماری تجویز میشوند از جمله برای افزایش ترشح دوپامین و یا کاهش فعالیت استیل کولین در سیستم عصبی مرکزی است و ارائه یک روش درمانی موثر که را در مراحل اولیه بیماری بهبود دهد ضرورت دارد. باوجود پیشرفت هایی در توسعه داروهایی که می توانند مرگ سلول عصبی را کاهش و نورون ها را در برابر آسیب محافظت کنند حاصل شده است، اما دارورسانی هدفمند، یک مشکل اساسی در این زمینه می باشد. در این راستا استفاده از فناوری های به روز برای عبوردهی داروها از سدخونی مغزی بدون آسیب به مغز ارزشمند است. در این زمینه امواج متمرکز فراصوت، امکان باز شدن موقتی سد خونی- مغزی برای تسهیل نفوذ فاکتورهای محافظت کننده عصبی را به مناطق عمقی مغزبدون نیاز به جراحی فراهم می سازد. در این مطالعه مروری، کاربرد امواج متمرکز فراصوت به عنوان راهکار جدید دارورسانی در مدل های بیماری پارکینسون و کاربرد بالقوه بالینی عوامل محافظت کننده عصبی ارائه می شود.
کلیدواژگان: آلفا سینوکلین، سد خونی- مغزی، امواج متمرکز فراصوت، عوامل محافظت کننده عصبی -
صفحات 114-124
آنزیم کندروئیتیناز ABCI نوترکیب، یک لیاز باکتریایی است که گلیکوزآمینوگلیکان ها را تجزیه می کند و موجب رشد آکسون ها و بهبود عملکرد می شود.اما نگهداری این آنزیم به دلیل ناپایداری آن بسیار محدود شده است. یکی از راهبردهای غلبه بر این محدودیت تثبیت آنزیم می باشد. در این پژوهش، آنزیم کندروئیتیناز ABCI جداسازی شده از باکتری پروتئوس ولگاریس بر نانوذرات هیدروکسی آپاتیت، تثبیت شد. هیدروکسی آپاتیت یک زیست مواد سرامیکی فاقد سمیت بوده و دارای مساحت سطح بالایی می باشد، که برای بارگذاری مقدار زیادی از آنزیم سودمند است. بنابراین برای افزایش پایداری آنزیم کندروئیتیناز ABCI، تثبیت بر روی نانوذرات هیدروکسی آپاتیت به مدت 4 ساعت از طریق جذب فیزیکی در بافر فسفات در سه pH 5، 6/8 و 8 در دمای 4 درجه سانتی گراد انجام شد. در ادامه تثبیت آنزیم بر روی نانوذرات هیدروکسی آپاتیت از طریق تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشی- نشر میدانی و طیف سنجی فرابنفش، قبل و بعد از تثبیت مورد تایید قرار گرفت. سپس جهت بدست آوردن pH و دمای بهینه، میزان فعالیت نانوسیستم (نانوهیدروکسی آپانیت حاوی آنزیم) درسه pH و دما (◦C4، ◦C25 و ◦C37) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج فعالیت بالاتری را در pH 5 و دمای ◦C 4 نسبت به سایر pH و دماها برای نانوسیستم نشان داد. بر اساس نتایج بدست آمده که نشان دهنده پایداری سامانه حاوی آنزیم در هر سه دما نسبت به آنزیم آزاد می باشد، این نانوسیستم می تواند یک گزینه مناسب برای کاربردهای بالینی در آینده باشد.
کلیدواژگان: آنزیم کندروئیتیناز، پایداری، نانوسامانه، هیدروکسی آپاتیت
-
Pages 1-12
Over the past few years, due to the shortage of forest resources as well as the increasing consumption of paper and paperboard, many pulp and paper manufacturers have developed the use of different sources of recycled (secondary) fibers. Therefore, recycling of paper is an effective and eco-friendly way to preserve forest resources, which eventually save the natural diversity and energy. The use of biotechnology in various sectors of the cellulosic products industries such as bio-pulping, bio-bleaching, bio-deinking, bio-wastewater treatment, etc. has been considered and good achievements have been obtained in this field. One of the most important applications of biotechnology in the cellulosic industries is the use of enzymes in the processing of recycled fibers. The use of enzymatic technologies, as environmental friendly process, has led to changes in industrial processes as much as possible and indicated great potential in solving many problems of recycled fibers, especially problems related to waste paper deinking, pulp drainage rate, fiber hornification, refining and stickies materials. In general, deinking with enzymes under acidic or neutral conditions declines the chemicals usage and reduces the yellowing of recycled paper under conventional alkaline deinking conditions. Today, the use of cellulosic enzymes (cellulase and hemicellulase) and oxidative enzymes (such as laccase) as well as amylase and pectinase have shown acceptable results for deinking different types of waste paper and most experiments in semi-industrial as well as industrial units have shown that deinking with them can reduce the cost of chemicals, increase the separation of ink particles
Keywords: Wastewater pollution, Biotechnology, Recycled fiber processing, Paper quality, Bio-deinking -
Pages 13-24
Transthyretin (TTR) is a highly conserved 55 kDa homotetrameric protein that exists in several vertebrate species including humans, bacteria, nematodes, and plants. Previous studies have shown a direct interaction between TTR and amyloid beta (Aβ) (the causative agent of Alzheimer's disease), which leads to the inhibition of Aβ aggregation, fibrillar destruction, or both. In recent years, evidence has shown that the oligomeric species of Aβ formed by the aggregation process are more toxic than mature fibrils. Studies have shown that such an oligomeric mediator is modulated by interaction with TTR. However, the exact mechanism of binding of Aβ to TTR has not yet been determined. In this study, after the purification of human transthyretin protein, the inhibitory effects of TTR on the formation of Aβ were shown in different ways, and finally, the role of hydrophobicity interactions in the chaperone activity of TTR was investigated with the help of protein surface hydrophobicity (PSH) measurement studies. The Scatchard diagram for quantitative measurement of PSH indicates an increase in the hydrophobicity of TTR after binding to oligomeric forms of Aβ. The results presented in this research provide insight into the nature and interactions involved in the initial stages of fibril formation in Aβ and its interaction with TTR. The results showed that hydrophobic interactions probably play a role in the binding between TTR and Aβ. Considering the similarity of amyloid formation systems, the described findings of this study can provide a deeper understanding of the pathology of amyloid diseases.
Keywords: neurodegenerative diseases, transthyretin, amyloid fibrils, amyloid beta -
Pages 25-36
The process of diphtheria toxoid production was designed by using SuperPro Designer and the effect of the applied changes in process on the yield and costs of the manufacturing was investigated. First, giving the information of the real process of the toxoid production, a bioreactor with improved operational conditions and a disc stack centrifuge instead of the filter press, which is applied for the bacterial debris separation, were utilized. Such alterations followed the addition of a pump between the bioreactor and centrifuge. The results indicated that improvement of the bioreactor operational conditions can lead to the 25% increase in the toxin production, i.e., the increase of toxoid production from 7,000,000 doses to 8,750,000 doses. The toxin waste through filter press (14%) may be remarkably reduced by using the centrifuge, which in turn resulted in the 44% enhancement in the toxoid production. Such alterations can result in the 16% reduction in the separation operation time, 29% reduction in water consumption and 32% increase in the energy consumption. Overall, the simulation results showed that the costs of the new equipment suggested to be used in the improved process can be recoverable through running two batches.
Keywords: Process design, SuperPro Designer software, Optimization, Bioreactor, Centrifuge -
Pages 37-51
Angiogenesis is involved in many physiological and pathological processes, including tumor growth, and VEGF is considered as the most important factor in this process. Nowadays, the production of single-domain antibodies (VHH) with the characteristic of inhibiting growth factors in cancer tumors is one of the new strategies for cancer treatment. In the previous research, it was found that camel VHHs isolated from phage display against VEGF play an essential role in inhibiting it. Here, the VHH that had the highest affinity for the VEGF was selected. Ice nucleation protein (INP) was used as anchoring motif for surface expression of E. coli, owing to the efficiency of its N terminal domain, this system is used to express the VHH. Accordingly, a construct harboring the first 537 nucleotide of InaK gene and nucleotide fragments of TEV protease recognition site and VEvhh10 was designed to express this protein in the surface display of E. coli cells. The results showed that the INP anchor is a suitable candidate for promoting the surface expression of VEvhh10 in E. coli. After expression of VEvhh10, isolation and purification were performed using centrifugation and washing, and its binding to VEGF was investigated. The results showed that VEvhh10 successful bind to VEGF and it can be used for therapeutic applications and clinical diagnosis of patients in the future.
Keywords: Bacterial Surface Display, Ice Nucleation Protein (INP), VHH, Vascular Endothelial Growth Factors (VEGF) -
Pages 52-68
In recent years, biocatalysts have widespread application in industry because they can do chemical reactions with the lowest energy and highest efficiency. Bacterial enzymes are more useful in this field due to simple cloning and expression process in the manipulated host. By considering specific role of endoglucanase enzymes in cellulose hydrolyzing reactions, these types of enzymes are more applicable in related industries. The produced glucose through enzymatic hydrolysis could be used in different industries such as biofuel and ethanol production and in the food industry as sweetener. Therefore, cloning and production of Endoglucanase in manipulated hosts has been developed in recent years. This study was performed to isolate, screen and identify native endoglucanase -producing strains from soil around the roots of the maple tree. Isolated strains were identified using 16S rRNA gene sequencing. After identifying of the bacteria (Enterobacter hormaechei), Endoglucanase enzyme gene was amplified using degenerate primers at first and then by specific primers with restriction enzymes sequences. DNA fragment and plasmid vector were treated by specific restriction enzymes and then ligated to each other. Then recombinant plasmid transferred to the E. coli BL-21 as expression host and kinetic properties of recombinant enzyme were evaluated. Expression of the target protein was done by stimulating the Lac operon by using 1 mM of IPTG and the kinetic features of the recombinant enzyme such as Vmax and Km evaluated as 45 µmol/min and 1.4 mg/ml respectively. The optimum conditions for enzyme activity tend to be 37°C at a pH of 7.
Keywords: Cellulose, Carboxy methyl cellulose, Screening, Degenerated primers, Endoglucanase enzyme, Enterobacter hormaechei -
Pages 69-93
The volatility of essential oils and their instability against environmental factors limit their use. However, encapsulating these compounds in polymeric nanoparticles can significantly increase their half-life and make their use possible for longer periods. Chitosan, a biodegradable polymer with controlled release and low toxicity, is one of the polymers utilized in the encapsulation of essential oils. As a result, the present study was carried out with the aim of nanoencapsulation of carvacrol and thymol in chitosan using ionic gelation method and the concentration of chitosan (0.1-0.3%), TPP concentration (0.2-0.1%) and concentration of essential oil (0.1-0.2%) as three variables. The mean particle size of chitosan nanoparticles was optimized using response surface methodology and central composite design. The size and polydispersity index (PDI) were determined by DLS, essential oil loading confirmation was evaluated by FTIR, and the spectrophotometric method was used to measure the encapsulation efficiency. Then, the results of the optimization of nanoparticle synthesis were investigated. The optimum conditions for the synthesis of chitosan-thymol nanoparticles and achieving a size of 101 nm and encapsulation efficiency of 72%, a concentration of 0.11% chitosan, 0.19% TPP and 0.14% thymol were determined. In the case of chitosan-carvacrol nanoparticles, a concentration of 0.13% chitosan, 0.19% TPP and 0.15% carvacrol resulted in the formation of nanoparticles with a size of 95 nm and an encapsulation efficiency of 65%. In general, the results demonstrated the ability of the response surface methodology to predict the particle size and PDI of chitosan nano-formulations containing carvacrol and thymol.
Keywords: Nanocapsulation, Thymol, Carvacrol, Chitosan, Response surface methodology -
Pages 94-113
Parkinson's disease (PD) is the second most common neurodegenerative disease after Alzheimer's disease and the prevalence of it has increased worldwide. PD causes severe damage to loss of midbrain dopaminergic neurons (DN) at substantia nigra which involves in the movement control. The synaptic terminals of DNs are destroyed in the posterior putamen. PD is also characterized by accumulation of misfolded and amyloid α-synuclein into proteinous inclusions named Lewy bodies. So far there is no effective treatment for PD and approved medications for PD can only slow down clinical progression, control motor and non-motor symptoms. Currently, the approved medications just induce the release of dopamine and prevent the release of acetylcholine from nerve terminals of caudate cholinergic interneurons and it is necessary to provide more effective treatment methods in the early stages of the disease. Significant progress has been achieved in development of drugs that can reduce neuronal cell death and lead up to neuroprotection, however targeting delivery of drugs to improve the pharmaceutical effects of drugs is remained as a challenge. Therefore, there is a pressing demand to find practical strategies for delivering these pharmaceuticals in vivo through the BBB without disrupting the brain's functions. In this regard, Focused ultrasound (FUS) technology eliminates the need for brain surgery and temporarily opens the blood-brain barrier to allow drugs to pass through. In this review, the application of FUS as a new drug delivery application in the PD models and the potential clinical application of neuroprotective agents are provided briefly.
Keywords: Alpha-synuclein, Blood-brain barrier, Focused ultrasound, Neuroprotective factors -
Pages 114-124
Chondroitinase ABCI is a bacterial lyase that degrades glycosaminoglycans and promotes axonal growth and functional improvement. However the stability and maintenance of this enzyme is very limited. One of the strategies to overcome this limitation is to immobilize the enzyme. In this research, chondroitinase ABCI (cABCI) from Proteus Vulgaris was immobilized on hydroxyapatite nanoparticles. Hydroxyapatite is a non-toxic ceramic biomaterial that has a high surface area, which is beneficial for loading a large amount of enzyme. Therefore, to increase the stability of chondroitinase ABCI, immobilization on hydroxyapatite nanoparticles for 4 hours through physical adsorption in phosphate buffer pH 5, 6.8, and 8 at 4◦C was carried out. Enzyme immobilization on hydroxyapatite nanoparticles was then confirmed by field emission gun-scanning electron microscopy and UV-spectroscopy, before and after immobilization. Then, in order to obtain the optimal pH and temperature, the activity of the nanosystem was investigated at three pH and temperatures (4°C, 25°C, and 37°C). Results revealed higher activity at pH 5 and temperature 4 ◦C than the other pH and temperatures for the nanosystem. Based on the obtained results, which show the stability of the nanosystem at all three temperatures compared to the free enzyme, this nanosystem could be a potential candidate for clinical applications in future.
Keywords: Chondroitinase ABCI, Hydroxyapatite, Stability, Nanosystem