Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2024.

Bibliography: pages 81-86.

Onion (Allium cepa L.) is one of the oldest cultivated crops that is grown
in many countries all over the world for its basic human consumption and
therapeutic properties. However, excessive onion processing generates large
quantities of waste, mainly outer scales, which can have harmful impacts on
the environment. Red onion peel possesses many phytoconstituents
belonging to incredibly diverse chemical classes, with a variety of
pharmacological actions. In this regard, we aimed to valorize red onion's
outer scales by characterizing their chemical profile and discovering some of
their health-promoting effects.
The efficacy of extracting bioactive compounds from red onion scales
was demonstrated to be optimal when utilizing acidified ethanol, as
evidenced by achieving the highest phenolic content and antioxidant potency.
Cardioprotective effect was assessed in an isoprenaline-induced myocardial
infarction rat model. The treatment with two doses of the optimized extract
for 30 days improved cardiac function, reduced oxidative tissue injury, and
exhibited anti-inflammatory effects. The extract also suppressed endoplasmic
reticulum stress-induced apoptosis by downregulating CHOP and ATF4
signaling. Molecular docking studies highlighted the contributions of
quercetin, spiraeoside, and cyanidin-3-O-glucoside to the observed
cardioprotective effects.
Using mass spectrometry-based metabolomics and chemometrics, seventy
key major and discriminatory metabolites were identified in red onion peel
acidified ethanolic extract along with anthocyanins and flavonoids enriched
fractions. A dose-dependent gastroprotective effects were spotted in the
ethanol-induced peptic ulcer rat model compared with famotidine standard.
This healing action was achieved via augmenting Nrf2/HO-1 and reducing HMGB-1/NF-κB pathways leading to a significant reduction in oxidative
stress, inflammatory mediators, and apoptotic biomarkers. Histopathological
analysis confirmed the extract's potency in treating gastric ulcers.
The acidified ethanolic extract of red onion peel and its enriched fractions
exerted potent in vitro bactericidal activity against highly virulent bacterial
strains. Notably, significant in vitro inhibition of biofilm formation was
observed against both methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA)
and Acinetobacter baumannii, with lower IC50 (0.064, 2.048, 0.144
(mg/mL)) and EC50 (0.016, 0.027, 0.003 (mg/mL)) values noted against
MRSA, for the total extract T, P and S fractions, respectively. Furthermore,
in an in vivo MRSA vaginal colonization rat model, the tested samples
exhibited potent antibiofilm activity comparable to vancomycin. HPLC
standardization revealed elevated quercetin content, suggesting that the
efficacy can be attributed to this compound.
The promising outcomes of our research, utilizing red onion waste against
biofilms, have spurred an exploration of recent literature on antibiofilm
properties in agricultural and food by-products. This literature review
underscores the potential of waste valorization as a sustainable solution for
waste-related environmental challenges. In addition, it reveals that agro-food
waste and by-products house valuable bioactive compounds, with significant
potential for inhibiting biofilm formation and quorum sensing signaling
within biofilms.
Based on our findings, the outer scales of red onions, considered as a
biowaste material, possess beneficial health-promoting effects as a potent
antibiofilm agent and effective treatment for gastric ulcers. The study
introduces a novel understanding of their complex cardioprotective
mechanism in experimental myocardial infarction. Future research should focus on detailed molecular mechanisms and strengthen the link between
experimental findings and clinical trials

يعد البصل (Allium cepa L.) واحدًا من أقدم المحاصيل المزروعة في العالم، حيث يتم زراعته في العديد من البلدان في جميع أنحاء العالم لاستهلاكه البشري بشكل اساسي وخصائصه العلاجية. ومع ذلك، فإن الأستخدام المفرط للبصل يولد كميات كبيرة من النفايات، خاصة القشرة الخارجية، وذلك يمكن أن يؤدي إلى آثار ضارة على البيئة. يمتلك قشر البصل الأحمر العديد من المركبات النباتية التي تنتمي إلى العديد من الفئات الكيميائية المختلفة ، بالإضافة إلى مجموعة متنوعة من التأثيرات الدوائية. وفي هذا الصدد، كنا نهدف إلى زيادة قيمة القشور الخارجية للبصل الأحمر من خلال توصيف خصائصه الكيميائية واكتشاف بعض تأثيراته المعززة للصحة.
تم استخلاص المركبات النشطة بيولوجيًا من قشور البصل الأحمر، باستخدام الإيثانول المحمض، بناءً على إثراء المحتوى الفينولي والفعالية المضادة للأكسدة. تم تقييم التأثير الوقائي للقلب في نموذج احتشاء عضلة القلب الناجم عن الأيزوبرينالين في الفئران. أدى العلاج بجرعتين من المستخلص الأمثل لمدة 30 يومًا إلى تحسين وظيفة القلب، وتقليل إصابة الأنسجة المؤكسدة، وأظهر تأثيرات مضادة للالتهابات. قام المستخلص أيضًا بقمع موت الخلايا المبرمج الناجم عن إجهاد الشبكة الإندوبلازمية عن طريق تقليل تنظيم إشارات CHOP و ATF4. سلطت دراسات النمذجة الجزيئية الضوء على مساهمات كويرسيتين وسبيرايوسيد وسيانيدين-3-O-جلوكوزيد في التأثيرات الوقائية المرصودة للقلب.
باستخدام القياسات الكيميائية القائمة على قياس الطيف الكتلي، تم تحديد سبعين مركبًا رئيسيًا وتمييزيًا في مستخلص الإيثانول المحمض لقشر البصل الأحمر جنبًا إلى جنب مع أجزائة الغنية بالفلافونويدات والأنثوسيانين. تم رصد تأثيرات وقائية للمعدة تعتمد على الجرعة في نموذج القرحة الهضمية الناتجة عن الإيثانول في الفئران مقارنة بدواء الفاموتيدين. تم تحقيق هذا الإجراء العلاجي من خلال زيادة مسار Nrf2/HO-1 وتقليل مسار HMGB-1/NF-κB مما يؤدي إلى انخفاض كبير في الإجهاد التأكسدي و النشاط الالتهابي والمؤشرات الحيوية لموت الخلايا المبرمج. وأكد الفحص النسيجي للمعدة فعالية المستخلص في علاج قرحة المعدة.
سجل المستخلص الإيثانولي المحمض لقشر البصل الأحمر وجزيئاته المثمنة نشاطًا قاتلا للجراثيم في المختبر ضد سلالات بكتيرية شديدة الضراوة. على وجه الخصوص، لوحظ وجود تثبيط كبير في المختبر لتكوين الأغشية الحيوية الخارجية للجراثيم لكل من المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA) و المكورات الراكدة (Acinetobacter baumannii)، مع ملاحظة انخفاض قيم IC50 وEC50 ضد MRSA. علاوة على ذلك، في نموذج اصابة الفئران بـاستعمارية
بكتيرية مهبلية من جرثومة MRSA، أظهرت جميع العينات التي تم اختبارها نشاطًا فعالًا كمضادات لتكوين أغشية الجراثيم الحيوية الخارجية في الجسم الحي و يمكن مقارنته بالفانكومايسين. كشف توحيد إجراء معايرة باستخدام كروماتوجرافيا السائلة عالية الأداء عن ارتفاع محتوى الكويرسيتين، مما يشير إلى أن الفعالية يمكن أن تعزى إلى هذا المركب.
إن النتائج الواعدة لبحثنا، باستخدام نفايات البصل الأحمر ضد تكوين أغشية الجراثيم الحيوية الخارجية، حفزتنا على استكشاف الأبحاث الحديثة التي تركز على دراسة خصائص النشاط المضاد لتكوين أغشية الجراثيم الحيوية الخارجية للمخلفات الزراعية والغذائية. تؤكد هذه المراجعة على إمكانية تثمين النفايات كحل مستدام للتحديات البيئية المتعلقة بالنفايات. ويكشف أيضا أن نفايات الأغذية الزراعية ومنتجاتها الثانوية تحتوي على مركبات نشطة بيولوجيًا ذات قيمة وتأثيرات واعدة مثبطة لتكوين أغشية الجراثيم الخارجية ولإشارات استشعار النصاب داخل تلك الأغشية.
بناءً على النتائج التي توصلنا إليها، فإن القشور الخارجية للبصل الأحمر، والتي تعتبر من مواد النفايات الحيوية، تمتلك تأثيرات مفيدة لتعزيز الصحة كاظهارنشاط قوي كمضاد حيوي وعلاج فعال لقرحة المعدة. تقدم الدراسة فهمًا جديدًا لآلية مركبة جديدة لحماية القلب في نموذج احتشاء عضلة القلب التجريبي. ولهذا السبب، ينبغي أن تركز الأبحاث المستقبلية على دراسة الآليات الجزيئية التفصيلية وعلى تطوير جسر موسع بين النتائج التجريبية والتجارب السريرية.

Issued also as CD

Text in English and abstract in Arabic & English.