Published January 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Structural characterization of microcrystalline and nanocrystalline cellulose from <i>Ananas comosus</i> L. leaves: Cytocompatibility and molecular docking studies

Creators

  • 1. National University of Malaysia
  • 2. Universiti Sains Malaysia
  • 3. Universiti Malaysia Terengganu
  • 4. Taif University
  • 5. Dongguk University

Description

Abstract The present study focused on the preparation of microcrystalline cellulose (MCC) and nanocrystalline cellulose (NCC) from pineapple ( Ananas comosus L.) leaves using chemical treatments followed by acid hydrolysis. Pineapple leaves could be used in medical applications such as drug delivery carriers. Advanced spectroscopy techniques such as Fourier-transform infrared (FT-IR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM) were used to analyze the physical, chemical, and morphological features of the isolated MCC and NCC; the results indicated the needle-shaped form of nanostructures with good purity and high crystallinity index of 75.00 and 76.38%, respectively. In addition, inhibition of the treated MRC-5 cells with all the samples revealed that the percentage of cell viability was less than 30%, which is an interesting finding given their role in the cytotoxicity effect of MCC and NCC. It appears that MCC and NCC derived from pineapple leaves have lower toxicity. As a result, the developed MCC and NCC can be used in pharmaceutical applications as a novel drug delivery system. Molecular docking was performed to understand the non-bonding interaction of cellulose with human acid-beta-glucosidase (β-Glc) (PDB: 1OGS). The docking result shows that cellulose unit docked within the active pocket of the enzyme by forming hydrogen bonds against ASN19, THR21, and VAL17 with distances of 2.18, 1.93, and 2.92 Å, respectively, with binding energy (−5.0 kcal/mol) resulting in close interaction of cellulose unit with the receptor.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص ركزت هذه الدراسة على تحضير السليلوز البلوري الدقيق (MCC) والسليلوز النانوي (NCC) من أوراق الأناناس ( Ananas comosus L.) باستخدام العلاجات الكيميائية متبوعة بالتحلل المائي الحمضي. يمكن استخدام أوراق الأناناس في التطبيقات الطبية مثل ناقلات توصيل الأدوية. تم استخدام تقنيات التحليل الطيفي المتقدمة مثل تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FT - IR)، حيود الأشعة السينية (XRD)، المسح المجهري الإلكتروني (SEM)، والمجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) لتحليل السمات الفيزيائية والكيميائية والمورفولوجية لـ MCC و NCC المعزولين ؛ أشارت النتائج إلى الشكل على شكل إبرة للبنى النانوية ذات النقاء الجيد ومؤشر التبلور العالي بنسبة 75.00 و 76.38 ٪ على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، كشف تثبيط خلايا MRC -5 المعالجة مع جميع العينات أن النسبة المئوية لبقاء الخلية كانت أقل من 30 ٪، وهو اكتشاف مثير للاهتمام نظرًا لدورها في تأثير السمية الخلوية لـ MCC و NCC. يبدو أن MCC و NCC المستمدة من أوراق الأناناس لها سمية أقل. ونتيجة لذلك، يمكن استخدام MCC و NCC المطورين في التطبيقات الصيدلانية كنظام جديد لتوصيل الأدوية. تم إجراء الالتحام الجزيئي لفهم التفاعل غير المرتبط للسليلوز مع حمض بيتا جلوكوزيداز البشري (β - Glc) (PDB: 1OGS). تُظهر نتيجة الالتحام أن وحدة السليلوز ترسو داخل الجيب النشط للإنزيم من خلال تكوين روابط هيدروجينية ضد ASN19 و THR21 و VAL17 بمسافات 2.18 و 1.93 و 2.92 Å، على التوالي، مع طاقة ربط (-5.0 كيلو كالوري/مول) مما يؤدي إلى تفاعل وثيق لوحدة السليلوز مع المستقبل.

Translated Description (French)

Résumé La présente étude s'est concentrée sur la préparation de la cellulose microcristalline (MCC) et de la cellulose nanocristalline (NCC) à partir de feuilles d'ananas ( Ananas comosus L.) en utilisant des traitements chimiques suivis d'une hydrolyse acide. Les feuilles d'ananas pourraient être utilisées dans des applications médicales telles que les vecteurs de médicaments. Des techniques de spectroscopie avancées telles que l'infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR), la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie électronique à balayage (MEB) et la microscopie électronique à transmission (met) ont été utilisées pour analyser les caractéristiques physiques, chimiques et morphologiques du CCM et du CCN isolés ; les résultats ont indiqué la forme en aiguille de nanostructures avec une bonne pureté et un indice de cristallinité élevé de 75,00 et 76,38 %, respectivement. De plus, l'inhibition des cellules MRC-5 traitées avec tous les échantillons a révélé que le pourcentage de viabilité cellulaire était inférieur à 30%, ce qui est une découverte intéressante compte tenu de leur rôle dans l'effet cytotoxique du MCC et du NCC. Il semble que le MCC et le NCC dérivés des feuilles d'ananas aient une toxicité plus faible. En conséquence, le MCC et le NCC développés peuvent être utilisés dans des applications pharmaceutiques en tant que nouveau système d'administration de médicaments. L'amarrage moléculaire a été effectué pour comprendre l'interaction non liante de la cellulose avec la bêta-glucosidase acide humaine (β-Glc) (PDB : 1OGS). Le résultat d'amarrage montre que l'unité de cellulose s'est amarrée dans la poche active de l'enzyme en formant des liaisons hydrogène contre ASN19, THR21 et VAL17 avec des distances de 2,18, 1,93 et 2,92 Å, respectivement, avec une énergie de liaison (−5,0 kcal/mol) entraînant une interaction étroite de l'unité de cellulose avec le récepteur.

Translated Description (Spanish)

Resumen El presente estudio se centró en la preparación de celulosa microcristalina (MCC) y celulosa nanocristalina (NCC) a partir de hojas de piña ( Ananas comosus L.) utilizando tratamientos químicos seguidos de hidrólisis ácida. Las hojas de piña podrían usarse en aplicaciones médicas como portadores de administración de fármacos. Para analizar las características físicas, químicas y morfológicas de los MCC y NCC aislados se utilizaron técnicas avanzadas de espectroscopía como la transformada de Fourier infrarroja (FT-IR), difracción de rayos X (XRD), microscopía electrónica de barrido (SEM) y microscopía electrónica de transmisión (TEM); los resultados indicaron la forma en forma de aguja de nanoestructuras con buena pureza y alto índice de cristalinidad de 75.00 y 76.38%, respectivamente. Además, la inhibición de las células MRC-5 tratadas con todas las muestras reveló que el porcentaje de viabilidad celular era inferior al 30%, lo cual es un hallazgo interesante dado su papel en el efecto de citotoxicidad de MCC y NCC. Parece que el CCM y el CCN derivados de las hojas de piña tienen menor toxicidad. Como resultado, el MCC y el NCC desarrollados se pueden utilizar en aplicaciones farmacéuticas como un nuevo sistema de administración de fármacos. El acoplamiento molecular se realizó para comprender la interacción sin unión de la celulosa con la beta-glucosidasa ácida humana (β-Glc) (PDB: 10GS). El resultado del acoplamiento muestra que la unidad de celulosa se acopló dentro del bolsillo activo de la enzima mediante la formación de enlaces de hidrógeno contra ASN19, THR21 y VAL17 con distancias de 2.18, 1.93 y 2.92 Å, respectivamente, con energía de unión (-5.0 kcal/mol) dando como resultado una estrecha interacción de la unidad de celulosa con el receptor.

Files

pdf.pdf

Files (3.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:e38843670922649b790e73a8e46e2bdd
3.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التوصيف الهيكلي للسليلوز البلوري الدقيق والنانوي من <i>Ananas comosus</i> L. الأوراق: دراسات التوافق الخلوي والالتحام الجزيئي
Translated title (French)
Caractérisation structurelle de la cellulose microcristalline et nanocristalline des feuilles d'<i>Ananas comosus</i> L.&nbsp;: études de cytocompatibilité et d'amarrage moléculaire
Translated title (Spanish)
Caracterización estructural de celulosa microcristalina y nanocristalina de hojas de <i>Ananas comosus</i> L.: estudios de citocompatibilidad y acoplamiento molecular

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3188604391
DOI
10.1515/ntrev-2021-0053

Is supplement to
https://openalex.org/W4297016866 (Other)
https://openalex.org/W4200036266 (Other)
https://openalex.org/W3082687957 (Other)
https://openalex.org/W2990301622 (Other)
https://openalex.org/W2782808161 (Other)
https://openalex.org/W2305300029 (Other)
https://openalex.org/W2063475690 (Other)
https://openalex.org/W2029610907 (Other)
https://openalex.org/W2016535582 (Other)
https://openalex.org/W2008122442 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1601951162
  • https://openalex.org/W1969534802
  • https://openalex.org/W1971816628
  • https://openalex.org/W1985945045
  • https://openalex.org/W1986153603
  • https://openalex.org/W1993574709
  • https://openalex.org/W2000311159
  • https://openalex.org/W2002699467
  • https://openalex.org/W2004902424
  • https://openalex.org/W2008887036
  • https://openalex.org/W2011285789
  • https://openalex.org/W2019759899
  • https://openalex.org/W2035288569
  • https://openalex.org/W2055399494
  • https://openalex.org/W2067381870
  • https://openalex.org/W2078158895
  • https://openalex.org/W2079960320
  • https://openalex.org/W2081912151
  • https://openalex.org/W2096991082
  • https://openalex.org/W2105668062
  • https://openalex.org/W2114220158
  • https://openalex.org/W2130730985
  • https://openalex.org/W2131942706
  • https://openalex.org/W2138510384
  • https://openalex.org/W2163090892
  • https://openalex.org/W2294545099
  • https://openalex.org/W2328276164
  • https://openalex.org/W2331985208
  • https://openalex.org/W2513908639
  • https://openalex.org/W2522255622
  • https://openalex.org/W2562838990
  • https://openalex.org/W2600097770
  • https://openalex.org/W2606404754
  • https://openalex.org/W2608215286
  • https://openalex.org/W2617661508
  • https://openalex.org/W2692794997
  • https://openalex.org/W2739228103
  • https://openalex.org/W2759319967
  • https://openalex.org/W2765121605
  • https://openalex.org/W2768687858
  • https://openalex.org/W2774282037
  • https://openalex.org/W2775914256
  • https://openalex.org/W2782782533
  • https://openalex.org/W2791041773
  • https://openalex.org/W2792149723
  • https://openalex.org/W2801845012
  • https://openalex.org/W2888122051
  • https://openalex.org/W2889150591
  • https://openalex.org/W2890167612
  • https://openalex.org/W2898795172
  • https://openalex.org/W2900830102
  • https://openalex.org/W2907307018
  • https://openalex.org/W2936788960
  • https://openalex.org/W2941176280
  • https://openalex.org/W2960875615
  • https://openalex.org/W2961735392
  • https://openalex.org/W2978132220
  • https://openalex.org/W2986486840
  • https://openalex.org/W2990301622
  • https://openalex.org/W3013833343
  • https://openalex.org/W3014637469
  • https://openalex.org/W3016140205
  • https://openalex.org/W3082029344
  • https://openalex.org/W3129337745
  • https://openalex.org/W3129926508
  • https://openalex.org/W3164965613
  • https://openalex.org/W830212878