Biological and gastro-protective activities of two medicinal plants (Punica granatum L. And Juniperus phoenicea L.) and their nano-formulation

Abstract

Biological and gastro-protective activities of two medicinal plants (Punica granatum L. And Juniperus phoenicea L.) and their nano-formulation This research seeks to reconcile traditional knowledge with contemporary scientific confirmation in treating stomach ulcers. Punica granatum L. and Juniperus phoenicea L. were chosen for the extraction of bioactive components, the green synthesis of ZnO nanoparticles (ZnO-NPs), and the assessment of their biological and gastroprotective activities. The experimental design involved several sequential stages. First, aqueous extracts (AQE-JP and AQE-PG) were prepared via decoction, which were notably rich in polyphenolic compounds vital for reducing and capping ZnO nanoparticles. These nanoparticles were successfully produced and characterized through various analytical techniques, including UV-VIS, FTIR, XRD, and SEM-EDX. The biosynthesized ZnO nanoparticles demonstrated a hexagonal wurtzite structure; ZnO-PG nanoparticles exhibited a spherical morphology with an average particle size of 34.08 ± 7.44 nm, while ZnO-JP nanoparticles presented an irregular shape averaging 30.16 ± 5.20 nm. Second, comprehensive in vitro evaluations were conducted. The antioxidant activity was examined using DPPH, FRAP, TAC, and β-carotene bleaching tests, whilst the anti-inflammatory effects were assessed by membrane stabilization and egg albumin denaturation assays, demonstrating the efficacy of these compounds in regulating inflammation. The antibacterial efficacy was evaluated utilizing the agar diffusion technique against six human pathogens. These tests revealed that both AQEs and their corresponding ZnO-NPs showed significant antioxidant, anti-inflammatory, and antibacterial properties. Finally, the in vivo gastroprotective efficacy was evaluated in an Indomethacin-induced gastric ulcer model. Male rats received a single oral dose of 50 mg/kg Indomethacin following a two-week pretreatment with the tested samples. The experimental groups comprised a standard control, an ulcer group, Omeprazole (20 mg), AQE-JP (200 mg), AQE-PG (200 mg), a combination of AQE-JP and AQE-PG (200 mg), ZnO-JP (10 mg), and ZnO-PG (10 mg). Multiple physiological and biochemical measures were assessed, such as gastric juice volume and pH, stomach tissue weight, ulcer index, and protection rate. The in vivo analysis revealed that all examined samples showed considerable gastroprotective effects, notably ZnO-JP and ZnO-PG NPs, which achieved the most significant protective rates of 94.80% and 97.41%, respectively. Furthermore, the study measured the impact on oxidative stress biomarkers. Indomethacin-induced oxidative stress markedly elevated lipid peroxidation markers (MDA) (7.43 ± 2.25 nmol/g of proteins in the ulcer group), concurrently diminishing GSH levels (0.027 ± 0.007 μmol/g of proteins) and antioxidant enzyme (CAT) activity (32.01 ± 26.69 U/min/g of proteins). Pretreatment with the examined samples, particularly the ZnO-NPs, diminished lipid peroxidation to levels akin to the control group (3.10 ± 0.36 and 2.96 ± 0.32 nmol/g of proteins for ZnO-JP and ZnO-PG, respectively), while markedly augmenting GSH content and CAT activity. The histopathological analysis of the stomach mucosa validated these gastroprotective properties. This research is unprecedented, emphasizing the promise of biosynthesized ZnO nanoparticles in treating stomach ulcers. Additional clinical trials are required to clarify the underlying mechanisms and evaluate their safety in additional organs.الأنشطة البيولوجية والخصائص الواقية للمعدة لنباتين طبيين )الرمان والعرعر الفينيقي( وتركيبتهما النانوية هذا البحث يسعى إلى التوفيق بين المعرفة التقليدية والتأكيد العلمي المعاصر في علاج قرحة المعدة. تم اختيار نباتي الرمان ( Punica granatum L .( والعرعر الفينيقي ) Juniperus phoenicea L .( لاستخلاص مكوناتها النشطة بيولوجيًا، وللتخليق الأخضر لجسيمات أكسيد الزنك النانوية ) ZnO-NPs (، وتقييم أنشطتها البيولوجية والوقائية للمعدة. شمل التصميم التجريبي عدة مراحل متسلسلة. أولاً، حُضّرت مستخلصات مائية ) AQE-JP و AQE-PG ( بطريقة الغلي، والتي كانت غنية بشكل ملحوظ بالمركبات متعددة الفينول الحيوية لاختزال وتثبيت جسيمات أكسيد الزنك النانوية. ثانيًا، تم إنتاج هذه الجسيمات النانوية بنجاح وتوصيفها بتقنيات تحليلية مختلفة، بما في ذلك UV-VIS و FTIR و XRD و SEM-EDX . أظهرت الجسيمات النانوية ZnO المُخلّقة حيويًا بن ية سداسية من نوع الوورتزايت؛ حيث أظهرت جسيمات ZnO-PG النانوية شكلاً كرويًا بمتوسط حجم جسيمات قدره 34.08 ± 7.44 نانومتر، بينما أظهرت جسيمات ZnO-JP النانوية شكلاً غير منتظم بمتوسط حجم 30.16 ± 5.20 نانومتر. ثالثًا، أُجريت تقييمات شاملة في المختبر، حيث فحص النشاط المضاد للأكسدة باستخدام اختبارات DPPH و FRAP و TAC وتببيض بيتا- كاروتين، بينما قيمت التأثيرات المضادة للالتهابات من خلال اختبارات تثبيط تحلل البومين بيض واستقرار الغشاء، مما أثبت فعالية هذه المركبات في تنظيم الالتهاب. كما تم تقييم الفعالية المضادة للبكت يريا باستخدام تقنية الانتشار ضد ست سلالات بكتيرية . كشفت هذه الاختبارات أن كلاً من المستخلصات المائية والجسيمات النانوية ZnO-NPs المقابلة لها أظهرت خصائص كبيرة مضادة للأكسدة والالتهابات والبكتيريا. أخيرًا، تم تقييم الفعالية الوقائية للمعدة داخل الجسم الحي في نموذج قرحة المعدة المُحفّزة بالاندوميثاسين. حيث تلقى ذكور الجرذان جرعة فموية واحدة مقدارها 50 مغ/كغ من الاندوميثاسين بعد معالجة أولية لمدة أسبوعين بالعينات المختبرة. وشملت المجموعات التجريبية: مجموعة تحكم قياسية، ومجموعة قرحة غير معالجة، وأوميبرازول ) 20 مغ(، و AQE-JP ( 200 مغ(، و AQE-PG ( 200 مغ(، ومزيج من AQE-JP و AQE-PG ( 200 مغ(، و ZnO-JP ( 10 مغ(، و ZnO-PG ( 10 مغ(. تم تقييم العديد من المؤشرات الفسيولوجية والكيميائية الحيوية، مثل حجم ودرجة حموضة العصارة المعدية ) pH (، ووزن أنسجة المعدة، ومؤشر القرحة، ومعدل الحماية. وكشف التحليل داخل الجسم الحي أن جميع العينات المختبرة أظهرت تأثيرات وقائية كبيرة للمعدة، ولا سيما جسيمات ZnO-JP و ZnO-PG النانوية، حيث حققت أعلى معدلات حماية بلغت 94.80 % و 97.41 % على التوالي. علاوة على ذلك، قاست الدراسة التأثير على مؤشرات الإجهاد التأكسدي. أدى الإجهاد التأكسدي الناجم عن الاندوميثاسين إلى ارتفاع ملحوظ في علامات بيروكسيد الدهون (MDA) ( 7.43 ± 2.25 نانومول/غ من البروتينات في مجموعة القرحة(، مع انخفاض مستويات الجلوتاثيون (GSH) ( 0.027 ± 0.007 ميكرومول/غ من البروتينات( ونشاط إنزيم مضادات الأكسدة (CAT) ( 32.01 ± 26.69 وحدة/دقيقة/غ من البروتينات(. أدت المعالجة المسبقة بالعينات المختبرة، وخاصة جسيمات ZnO-NPs ، إلى تقليل بيروكسيد الدهون إلى مستويات مشابهة لمجموعة التحكم ) 3.10 ± 0.36 و 2.96 ± 0.32 نانومول/غ من البروتينات ل ZnO-JP و ZnO-PG على التوالي(، مع زيادة ملحوظة في محتوى GSH ونشاط إنزيم CAT . كما أكد التحليل النسيجي لغشاء المعدة هذه الخصائص الوقائية للمعدة. يمثل هذا البحث إسهامًا مبتكرًا، حيث يؤكد على إمكانات جسيمات أكسيد الزنك النانوية المُخلّقة حيويًا في علاج قرحة المعدة. هناك حاجة إلى إجراء تجارب سريرية إضافية لتوضيح الآليات الأساسية وتقييم سلامتها في أعضاء أخرى