Evaluation of the interaction of functionalized nanoparticles with protein /
Samar Mahmoud Mohamed Mostafa,
Evaluation of the interaction of functionalized nanoparticles with protein / تقييم تفاعل الجسيمات النانوية الوظيفية مع البروتين by Samar Mahmoud Mohamed Mostafa ; Supervisors Prof. Dr. Wafaa M. Khalil, Dr. Mohamed M. Fathy, Dr. Noha Mohamed. - 81 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.
Bibliography: pages 65-80.
Carbonic anhydrases (CAs) are a family of enzymes that play a crucial role in various physiological processes. They catalyze the conversion of carbon dioxide into bicarbonate, a reaction essential for numerous biological functions. To date, 15 distinct human CA isoforms have been identified, each with unique properties and distribution patterns within the human body. The dysfunction of these enzymes has been linked to a variety of diseases, including epilepsy, glaucoma, cancer, and congestive heart failure. As a result, carbonic anhydrase inhibitors have been developed and approved as pharmaceutical treatments for these conditions. To address the limitations of existing treatments and explore novel therapeutic approaches, researchers have turned to nanotechnology. In this study, we investigated the potential of iron oxide nanoparticles functionalized with chitosan as inhibitors of carbonic anhydrase II (CAII). The resulting nanocomposites were characterized using various techniques, including transmission electron microscopy, zeta potential analysis, Fourier-transform infrared spectroscopy, antioxidant activity assays, and thermogravimetric analysis. To assess the inhibitory effects of these nanocomposites on CAII activity, enzyme activity assays and fluorescence quenching techniques were employed. The binding affinity, thermodynamics, kinetics, and inhibitory mechanisms of the nanocomposites were also investigated. يعتبر الكاربونيك انهيدراز (CA) إحدى الإنزيمات التي تحتوي على معدن الزنك و تشارك في العديد من العمليات الفسيولوجية وله العديد من الأشكال البنائية و يعد الكاربونيك انهيدراز 2 هو الشكل الفسيولوجي السائد. وقد اظهرت الابحاث ان وجوده بتركيزات عالية يكون مرتبط بالعديد من الأمراض.
لذلك تهدف هذه الرسالة الى دراسة التفاعل بين الكاربونيك انهيدراز 2 و جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغطاة بالكيتوزان (C-INPs) للعمل كمثبطات لهذا الإنزيم. خلال هذه الدراسة تم تحضير جزيئات أكسيد الحديد النانوية المغلفة بالكيتوزان ذي الأوزان الجزيئية العالية (HC-INPs) والمتوسطة (MC-INPs) والمنخفضة (LC-INPs). كما أنه تم توصيف المركبات النانوية المُصنَّعة باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) و حيود الأشعة السينية (XRD) و تحليل زيتا و التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء (FTIR) و قياس الخصائص المغناطيسية (VSM) و قياس الخصائص الحراري (TGA) ونشاط مضادات الأكسدة. و اظهرت النتائج ان متوسط أقطار جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغطاة بالكيتوزان ذي الأوزان الجزيئية العالية (HC-INPs) والمتوسطة (MC-INPs) والمنخفضة (LC-INPs) حوالي 4 نانومتر و 11 نانومتر و20 نانومتر على التوالي و ان قيم شحنات السطح (زيتا) المقابلة كانت فى حدود 39.2 مللي فولت و36.7 مللي فولت و15.5 مللي فولت على التوالي. كما أظهرت نتائج التفاعلات الضوئية الفلورنسية وتجارب النشاط الإنزيمي أن التفاعل بين الكاربونيك انهيدراز 2 مع جسيمات أكسيد الحديد النانوية قد أحدث تغييرات في شكل الإنزيم ، مما أدى إلى تثبيط للنشاط الأنزيمي. وأن هذا التثبيط فى نشاط الإنزيمات يتأثر بشكل كبير بالخصائص السطحية للجسيمات النانوية، حيث أظهرت النتائج أن جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغطاة بالكيتوزان ذات الوزن الجزيئي العالي احدث التأثير الأكثر فعالية في تثبيط نشاط الكاربونيك انهيدراز 2 (تركيز القدرة المثبطة = 58 نانوغرام/مل)، يليه جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغطاة بالكيتوزان ذات الوزن الجزيئي المتوسط (تركيز القدرة المثبطة =390 نانوغرام/مل) واخيرا جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغطاة باكيتوزان ذات الوزن الجزيئي المنخفض (تركيز القدرة المثبطة = 1213 نانوغرام / مل). نستنتج من هذه الدراسة أن جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغطاة بالكيتوزان ذات الوزن الجزيئي العالي تمثل الفئة الواعدة من مثبطات النانو لـلكاربونيك انهيدراز 2، مما يفتح طرقًا جديدة لعلاج الاضطرابات و الأمراض المرتبطة بهذا الإنزيم.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Molecular Biophysics
Iron oxide nanoparticles (INPs) nano-inhibitor Carbonic anhydrase II (CAII) chitosan Fluorescence quenching.
571.4
Evaluation of the interaction of functionalized nanoparticles with protein / تقييم تفاعل الجسيمات النانوية الوظيفية مع البروتين by Samar Mahmoud Mohamed Mostafa ; Supervisors Prof. Dr. Wafaa M. Khalil, Dr. Mohamed M. Fathy, Dr. Noha Mohamed. - 81 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.
Bibliography: pages 65-80.
Carbonic anhydrases (CAs) are a family of enzymes that play a crucial role in various physiological processes. They catalyze the conversion of carbon dioxide into bicarbonate, a reaction essential for numerous biological functions. To date, 15 distinct human CA isoforms have been identified, each with unique properties and distribution patterns within the human body. The dysfunction of these enzymes has been linked to a variety of diseases, including epilepsy, glaucoma, cancer, and congestive heart failure. As a result, carbonic anhydrase inhibitors have been developed and approved as pharmaceutical treatments for these conditions. To address the limitations of existing treatments and explore novel therapeutic approaches, researchers have turned to nanotechnology. In this study, we investigated the potential of iron oxide nanoparticles functionalized with chitosan as inhibitors of carbonic anhydrase II (CAII). The resulting nanocomposites were characterized using various techniques, including transmission electron microscopy, zeta potential analysis, Fourier-transform infrared spectroscopy, antioxidant activity assays, and thermogravimetric analysis. To assess the inhibitory effects of these nanocomposites on CAII activity, enzyme activity assays and fluorescence quenching techniques were employed. The binding affinity, thermodynamics, kinetics, and inhibitory mechanisms of the nanocomposites were also investigated. يعتبر الكاربونيك انهيدراز (CA) إحدى الإنزيمات التي تحتوي على معدن الزنك و تشارك في العديد من العمليات الفسيولوجية وله العديد من الأشكال البنائية و يعد الكاربونيك انهيدراز 2 هو الشكل الفسيولوجي السائد. وقد اظهرت الابحاث ان وجوده بتركيزات عالية يكون مرتبط بالعديد من الأمراض.
لذلك تهدف هذه الرسالة الى دراسة التفاعل بين الكاربونيك انهيدراز 2 و جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغطاة بالكيتوزان (C-INPs) للعمل كمثبطات لهذا الإنزيم. خلال هذه الدراسة تم تحضير جزيئات أكسيد الحديد النانوية المغلفة بالكيتوزان ذي الأوزان الجزيئية العالية (HC-INPs) والمتوسطة (MC-INPs) والمنخفضة (LC-INPs). كما أنه تم توصيف المركبات النانوية المُصنَّعة باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) و حيود الأشعة السينية (XRD) و تحليل زيتا و التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء (FTIR) و قياس الخصائص المغناطيسية (VSM) و قياس الخصائص الحراري (TGA) ونشاط مضادات الأكسدة. و اظهرت النتائج ان متوسط أقطار جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغطاة بالكيتوزان ذي الأوزان الجزيئية العالية (HC-INPs) والمتوسطة (MC-INPs) والمنخفضة (LC-INPs) حوالي 4 نانومتر و 11 نانومتر و20 نانومتر على التوالي و ان قيم شحنات السطح (زيتا) المقابلة كانت فى حدود 39.2 مللي فولت و36.7 مللي فولت و15.5 مللي فولت على التوالي. كما أظهرت نتائج التفاعلات الضوئية الفلورنسية وتجارب النشاط الإنزيمي أن التفاعل بين الكاربونيك انهيدراز 2 مع جسيمات أكسيد الحديد النانوية قد أحدث تغييرات في شكل الإنزيم ، مما أدى إلى تثبيط للنشاط الأنزيمي. وأن هذا التثبيط فى نشاط الإنزيمات يتأثر بشكل كبير بالخصائص السطحية للجسيمات النانوية، حيث أظهرت النتائج أن جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغطاة بالكيتوزان ذات الوزن الجزيئي العالي احدث التأثير الأكثر فعالية في تثبيط نشاط الكاربونيك انهيدراز 2 (تركيز القدرة المثبطة = 58 نانوغرام/مل)، يليه جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغطاة بالكيتوزان ذات الوزن الجزيئي المتوسط (تركيز القدرة المثبطة =390 نانوغرام/مل) واخيرا جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغطاة باكيتوزان ذات الوزن الجزيئي المنخفض (تركيز القدرة المثبطة = 1213 نانوغرام / مل). نستنتج من هذه الدراسة أن جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغطاة بالكيتوزان ذات الوزن الجزيئي العالي تمثل الفئة الواعدة من مثبطات النانو لـلكاربونيك انهيدراز 2، مما يفتح طرقًا جديدة لعلاج الاضطرابات و الأمراض المرتبطة بهذا الإنزيم.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Molecular Biophysics
Iron oxide nanoparticles (INPs) nano-inhibitor Carbonic anhydrase II (CAII) chitosan Fluorescence quenching.
571.4