Uçucu yağ bileşenleri ile hibritlenen gümüş nanoparçacıkların antilayşmanyal ilaçlarla kombinasyonunun araştırılması

Abstract

Layşmanyaz; hijyen, altyapı ve vektör kontrolü gibi önleyici tedbirlerin yetersiz olduğu ülkelerde, yaklaşık 12-15 milyon insanı etkileyen önemli bir tropikal hastalıktır. Yoğun araştırmalara rağmen layşmanyaz için tam anlamıyla etkili bir önlem ve tedavi yöntemi hala bulunmamaktadır. Antiparaziter ilaçların yan etkileri ve ciddi sorunlara yol açabilmeleri nedeniyle, uygun tedavi yöntemlerinin keşfi ve geliştirilmesi veya güçlü antilayşmanyal bileşiklerin bulunmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, gümüş nanoparçacık (NP)’lar ile birlikte sentezlenen sinnamaldehit (Sin), karvakrol (Kar) ve timol (Tim) gibi uçucu yağ bileşenlerinden oluşan hibrit NP’lerin sitotoksik aktivitesinin, antilayşmanyal etkinliğinin ve antilayşmanyal ilaçlarla kombinasyonunun araştırılması amaçlanmıştır. Gümüş (Ag)’ün, NP olarak sentezlenmesi sırasında indirgeyici olarak amiloz tercih edilmiştir. Sentez sonucunda merkezinde okside amiloz bulunan Sin Ag (OA-SinAgNP), Kar Ag (OA-KarAgNP) ve Tim Ag (OA-TimAgNP) olmak üzere üç farklı hibrit NP sentezlenmiştir. Sentezlenen NP’ler, FT-IR spektrometresi ve buna ek olarak geçirimli elektron mikroskobu [transmission electron microscope (TEM)] ve taramalı elektron mikroskobu [scanning electron microscope (SEM)] analizleriyle karakterize edilmiştir. NP’lerin sitotoksisitesi L929 fibroblastlara, antilayşmanyal aktivitesi ise Leishmania tropica (MHOM/AZ/1974/SAF-K27) suşuna karşı sıvı mikrodilüsyon yöntemiyle belirlenmiştir. NP komplekslerinin antilayşmanyal ilaçlar olan pentostam ve miltefosin ile etkileşimleri ise dama tahtası yöntemiyle belirlenmiştir. Karakterizasyon analizleri, amiloz yüzeyinin Ag, Sin, Kar ve Tim ile kaplandığını ve oluşan hibrit komplekslerin başarılı bir şekilde sentezlenebildiğini göstermiştir. Hibrit NP komplekslerinin SEM analizlerinde, yapının merkezini oluşturan okside amilozun yüzeylerinde Ag iyonları ile uçucu yağ bileşenlerinin yerleştiği ve NP kompleksinin başarıyla sentezlendiği görülmüştür. Alınan görüntülerde NP’lerin morfolojik şekillerinin yuvarlak görünümden düzensiz kenarlı görünümlere kadar değiştiği saptanmıştır. TEM analizinde ise NP boyutlarının değişken olup OA-SinAgNP için 9.34-14.45 nm aralığında, OA-KarAgNP için 9.88-32.3 nm aralığında ve OA-TimAgNP için 12.01-20.01 nm aralığında olduğu saptanmıştır. OA-SinAgNP, OA-KarAgNP ve OA-TimAgNP hibrit NP komplekslerinin fibroblast hücrelerine karşı sitotoksik etkinliklerinin 24, 48 ve 72. saatlerde, sırasıyla, 209.6-169.5 µg/mL, 190.4- 172.3 µg/mL ve 286.4-259.8 µg/mL aralığında; antilayşmanyal aktivitelerinin ise sırasıyla, 66.04-53.87 µg/mL, 54.44-47.01 µg/mL ve 78.14-58.33 µg/mL arasında olduğu gözlenmiştir. NP’lerin antilayşmanyal etkinliğinin yüksek olduğu ve seçicilik indeksinin > 3 olduğu saptanmıştır. Başarıyla sentezlenen tüm hibrit NP komplekslerinin pentostam ve miltefosinle kombinasyonlarında sinerjik etkileşim tespit edilmiştir. Layşmanyazın tedavisinde geleneksel ilaçlara kıyasla toksisitesi düşük yeni biyoaktif bileşiklerin araştırılması giderek önem kazanmaktadır. Bu açıdan farmakolojik potansiyele sahip doğal ürünlerin nanoteknoloji uygulamalarıyla geliştirilmesi tedaviye önemli katkılar sunabilir. Antilayşmanyal etkinlikleri gösterilmiş olan Sin, Kar ve Tim gibi etkili uçucu yağ bileşenlerinin Ag NP’ler ile hibridize edilmesi ve bu yeni nesil moleküllerin güçlü antilayşmanyal etkinlikleri yanında mevcut antilayşmanyal ilaçlar ile sinerjik etkileşim göstermesi; yeni nesil ilaç kombinasyonlarının tasarlanması, yan etkilerin azaltılması ve direnç gelişiminin önlenmesi adına literatürdeki önemli boşlukları doldurma ve gelecek çalışmalara yön verme potansiyeline sahiptir

Leishmaniasis is an important tropical disease affecting approximately 12-15 million people in countries where preventive measures such as hygiene, infrastructure and vector control are insufficient. Despite intensive research, a fully effective prevention and treatment strategy for leishmaniasis has yet to be established. Due to the side effects of antiparasitic drugs and their potential to cause severe complications, there is a need to discover and develop appropriate treatment methods or identify potent antileishmanial compounds. This study aimed to evaluate the cytotoxic activity, antileishmanial efficacy and synergistic potential of hybrid nanoparticles (NPs) synthesized using volatile oil components namely cinnamaldehyde (Cin), carvacrol (Car) and thymol (Tim) combined with silver nanoparticles, in conjunction with standard antileishmanial drugs. Amylose was preferred as the reducing agent during the synthesis of silver (Ag) as a NP. As a result of the synthesis, three different hybrid nanoparticles were synthesized, namely Cin Ag (OA-CinAgNP), Car Ag (OA-CarAgNP) and Tim Ag (OA-TimAgNP), which have oxidized amylose at the core. The synthesized NPs were characterized using FT-IR spectroscopy, as well as transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) analyses. The cytotoxicity of the NPs was determined on L929 fibroblasts and their antileishmanial activity was assessed against the Leishmania tropica (MHOM/AZ/1974/SAF-K27) strain using the broth microdilution method. The interactions of NP complexes with the antileishmanial drugs pentostam and miltefosine were determined using the checkerboard method. Characterization analyses show that the amylose surface was successfully coated with Ag, Cin, Car and Tim and the resulting hybrid complexes were successfully synthesized. SEM analyses of the hybrid NP complexes revealed that the Ag ions and essential oil components were deposited on the surfaces of oxidized amylose at the core of the structure, confirming the successful synthesis of the NP complexes. The obtained images showed that the morphological shapes of the NPs varied from round to irregularly edged structures. TEM analysis indicated that the NP sizes were varied from 9.34 to 14.45 nm for OA-CinAgNP, 9.88 to 32.3 nm for OA-CarAgNP and 12.01 to 20.01 nm for OA-TimAgNP. The cytotoxic activities of OA-CinAgNP, OA-CarAgNP and OA-TimAgNP hybrid NP complexes against fibroblast cells at 24, 48 and 72 hours were observed to be in the ranges of 209.6-169.5 µg/mL, 190.4- 172.3 µg/mL, and 286.4-259.8 µg/mL, respectively. Antileishmanial activities of NPs were observed to be in the ranges of 66.04-53.87 µg/mL, 54.44-47.01 µg/mL, and 78.14-58.33 µg/mL, respectively. It was found that the NPs exhibited high antileishmanial activity with a selectivity index of > 3. Synergistic interactions were observed in all successfully synthesized hybrid NP complexes when combined with pentostam and miltefosine. Investigation of new bioactive compounds with lower toxicity compared to traditional drugs has become essential in the treatment of leishmaniasis. In this context, the development of natural products with pharmacological potential through nanotechnology applications could provide significant contributions to treatment strategies. The hybridization of effective essential oil components, such as Cin, Car and Tim, with Ag NPs and the demonstration of their strong antileishmanial activities, along with their synergistic interactions with existing antileishmanial drugs, may fill important gaps in the literature. This approach could guide future studies for designing new drug combinations, reducing side effects and preventing the development of resistance