DOI: https://doi.org/10.31557/apjcp.2025.26.4.1303
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40302083
تاريخ النشر: 2025-04-01
المؤلف: Rasha Muhsin Yasir وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تستقصي هذه الدراسة تخليق جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) باستخدام عزلات الإشريكية القولونية، مستفيدة من سيلينيت الصوديوم بتركيزات متفاوتة (25 و50 و100 مللي مول) تحت ظروف محددة (درجة حموضة 8، 160 دورة في الدقيقة لمدة 48 ساعة). تم توصيف جزيئات SeNPs الناتجة من خلال تقنيات متعددة، بما في ذلك مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، ومطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، وتشتت الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الذري (AFM). تم الإشارة بصريًا إلى التخليق من خلال لون بني محمر، وأكدت التوصيفات تشكيل جزيئات SeNPs بأحجام تتراوح من 21.96 إلى 50.71 نانومتر.
أظهرت جزيئات SeNPs المُصنَّعة نشاطًا مضادًا للأكسدة كبيرًا، حيث حققت كفاءة قص الأحماض الجذرية القصوى بنسبة 80.21% عند تركيز 100 ميكروغرام/مل. علاوة على ذلك، أظهرت تأثيرات مضادة للتكاثر قوية ضد خطوط خلايا سرطان القولون البشري (SW480) وسرطان الكبد البشري (HepG2)، مع قيم IC50 تبلغ 3.9 و4.5 ميكروغرام/مل، على التوالي، بينما أظهرت سمية خلوية ضئيلة تجاه خلايا الكلى الجنينية البشرية الطبيعية (HEK293). تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانيات جزيئات SeNPs المُصنَّعة بطريقة صديقة للبيئة كعوامل علاجية جديدة في التطبيقات الطبية الحيوية، لا سيما في علاج السرطان.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التأثير التحويلي للتكنولوجيا النانوية على مختلف القطاعات، لا سيما في الطب. من خلال التلاعب بالمواد على النطاق النانوي، تناول الباحثون التحديات في توصيل الأدوية وتوافرها الحيوي، مما أدى إلى حلول مبتكرة في المجالات الصيدلانية والطبية. من بين هذه التقدمات، اكتسبت الجزيئات النانوية (NPs) اهتمامًا بسبب خصائصها الفيزيائية والكيميائية الفريدة، التي تختلف بشكل كبير عن المواد الضخمة. لقد ظهرت التخليق الأخضر للجزيئات النانوية باستخدام الأنظمة البيولوجية، مثل النباتات والميكروبات، كطريقة مستدامة، مما ينتج جزيئات نانوية فعالة من حيث التكلفة وآمنة وعالية النقاء.
تُعتبر جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) فئة واعدة من المركبات البيولوجية ذات التطبيقات المحتملة في العلاجات المضادة للبكتيريا، ومضادة للسرطان، ومضادة للأكسدة. السيلينيوم، وهو عنصر غذائي دقيق أساسي، ضروري لعمليات بيولوجية متنوعة، بما في ذلك وظيفة المناعة والوقاية من السرطان. تُظهر جزيئات SeNPs البيولوجية، المُصنَّعة من خلال عوامل بيولوجية، استقرارًا معززًا وخصائص أكسدة فريدة، تعمل كمضادات أكسدة وأيضًا كعوامل مؤكسدة بناءً على الظروف البيئية. تؤكد الدراسة على النشاط البيولوجي المعتمد على الحجم لجزيئات SeNPs، حيث تُظهر الجزيئات الأصغر فعالية متفوقة في قص الجذور الحرة وإحداث إجهاد أكسدي في خلايا السرطان. تشمل آليات مكافحة السرطان لجزيئات SeNPs عملية الابتلاع الخلوي المعتمد على المستقبلات، مما يؤدي إلى توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) والتسبب في تلف خلوي لاحق، مما يستهدف خلايا الورم بشكل انتقائي مع تقليل الضرر على الأنسجة السليمة. تستكشف الدراسة أيضًا تخليق جزيئات SeNPs باستخدام *Escherichia coli* وتقيّم خصائصها المضادة للأكسدة ومضادة للسرطان ضد خطوط خلايا سرطانية متنوعة.
الطرق
تحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المستخدمة، بما في ذلك الكواشف المحددة، والمعدات، وأي عينات بيولوجية، مما يضمن إمكانية إعادة الإنتاج. تشمل المنهجية إعداد التجربة، بما في ذلك الضوابط والمتغيرات، بالإضافة إلى التحليلات الإحصائية المطبقة لتفسير البيانات.
كما يصف القسم البروتوكولات المتبعة لجمع البيانات، بما في ذلك أي قياسات ذات صلة، وتقنيات أخذ العينات، ومدة التجارب. تضمن هذه الطريقة الشاملة أن تكون النتائج قوية ويمكن التحقق منها من خلال الأبحاث المستقبلية. بشكل عام، تعتبر الطرق المستخدمة حاسمة لفهم موثوقية وقابلية تطبيق نتائج الدراسة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات المنفذة. يبرز الاتجاهات البيانية المهمة، والنتائج الإحصائية، وأي علاقات ملحوظة بين المتغيرات. عادةً ما تكون النتائج مصحوبة بأشكال، أو جداول، أو معادلات ذات صلة توضح النتائج بشكل كمي.
قد يناقش القسم أيضًا تداعيات النتائج فيما يتعلق بالفرضيات المطروحة في بداية الدراسة، مما يوفر رؤى حول صحة النماذج أو النظريات المقترحة. بشكل عام، يخدم هذا القسم لنقل النتائج الأساسية للبحث بشكل موجز، مما يمهد الطريق لمزيد من النقاش والتفسير في الأقسام اللاحقة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم جمع 130 عينة بكتيرية من مصادر سريرية متنوعة في بغداد، العراق، مع تحديد 65 عزلة من الإشريكية القولونية. ركزت الدراسة على تخليق جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) باستخدام هذه العزلات، حيث تم إضافة سيلينيت الصوديوم إلى الثقافة البكتيرية، مما أدى إلى لون أحمر مميز يدل على تشكيل جزيئات SeNP. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، FTIR، تشتت الأشعة السينية (XRD)، المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الذري (AFM)، نجاح التخليق والطبيعة البلورية لجزيئات SeNPs، مع حجم متوسط يبلغ حوالي 39.53 إلى 50.71 نانومتر.
تم تقييم نشاط مضادات الأكسدة لجزيئات SeNPs المُصنَّعة باستخدام اختبار قص الجذور الحرة DPPH، مما كشف عن قدرات قص كبيرة، لا سيما عند تركيز 100 ميكروغرام/مل. بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم التأثيرات السامة للخلايا لجزيئات SeNPs ضد خطوط خلايا سرطان القولون البشري (SW480) وسرطان الكبد (HepG2)، مما أظهر سمية خلوية كبيرة مع قيم IC50 تبلغ 3.9 و4.5 ميكروغرام/مل، على التوالي، بينما أظهرت تأثيرًا ضئيلًا على خلايا الكلى الجنينية البشرية الطبيعية (HEK293). تشير النتائج إلى أن جزيئات SeNPs تستهدف خلايا السرطان بشكل انتقائي، مما يؤدي إلى الاستماتة من خلال آليات تشمل الإجهاد التأكسدي وتفعيل مسارات الاستماتة. بشكل عام، تسلط هذه الدراسة الضوء على إمكانيات جزيئات SeNPs المُصنَّعة كعوامل علاجية واعدة لعلاج السرطان، حيث تظهر خصائص مضادة للأكسدة ومضادة للسرطان كبيرة بينما تظل غير سامة للخلايا الطبيعية.
DOI: https://doi.org/10.31557/apjcp.2025.26.4.1303
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40302083
Publication Date: 2025-04-01
Author(s): Rasha Muhsin Yasir et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This study investigates the biosynthesis of selenium nanoparticles (SeNPs) using Escherichia coli isolates, utilizing sodium selenite at varying concentrations (25, 50, and 100 mM) under specific conditions (pH 8, 160 rpm for 48 hours). The resulting SeNPs were characterized through multiple techniques, including Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), UV-Visible spectroscopy, X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Atomic Force Microscopy (AFM). The biosynthesis was visually indicated by a reddish-brown coloration, and characterization confirmed the formation of SeNPs with sizes ranging from 21.96 to 50.71 nm.
The synthesized SeNPs exhibited significant antioxidant activity, achieving a maximum radical scavenging efficiency of 80.21% at a concentration of 100 µg/ml. Furthermore, they demonstrated strong anti-proliferative effects against human colorectal carcinoma (SW480) and human hepatocellular carcinoma (HepG2) cell lines, with IC50 values of 3.9 and 4.5 µg/ml, respectively, while showing negligible cytotoxicity towards normal human embryonic kidney (HEK293) cells. These findings highlight the potential of eco-friendly biosynthesized SeNPs as novel therapeutic agents in biomedical applications, particularly in cancer treatment.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the transformative impact of nanotechnology on various sectors, particularly in medicine. By manipulating materials at the nanoscale, researchers have addressed challenges in drug delivery and bioavailability, leading to innovative solutions in the pharmaceutical and medical fields. Among these advancements, nanoparticles (NPs) have gained attention due to their unique physicochemical properties, which differ significantly from bulk materials. The green synthesis of NPs using biological systems, such as plants and microorganisms, has emerged as a sustainable method, yielding nanoparticles that are cost-effective, safe, and of high purity.
Selenium nanoparticles (SeNPs) are identified as a promising class of biogenic compounds with potential applications in antibacterial, anticancer, and antioxidant therapies. Selenium, an essential micronutrient, is crucial for various biological processes, including immune function and cancer prevention. Biogenic SeNPs, synthesized through biological agents, exhibit enhanced stability and unique redox properties, acting as both antioxidants and pro-oxidants based on environmental conditions. The study emphasizes the size-dependent biological activity of SeNPs, with smaller particles showing superior efficacy in scavenging free radicals and inducing oxidative stress in cancer cells. The anticancer mechanisms of SeNPs involve receptor-mediated endocytosis, leading to the generation of reactive oxygen species (ROS) and subsequent cellular damage, thereby selectively targeting tumor cells while minimizing harm to healthy tissues. The research further explores the biosynthesis of SeNPs using *Escherichia coli* and evaluates their antioxidant and anticancer properties against various cancer cell lines.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the materials used, including specific reagents, equipment, and any biological samples, ensuring reproducibility. The methodology encompasses the experimental setup, including controls and variables, as well as the statistical analyses applied to interpret the data.
The section also describes the protocols followed for data collection, including any relevant measurements, sampling techniques, and the duration of the experiments. This comprehensive approach ensures that the findings are robust and can be validated by future research. Overall, the methods employed are critical for understanding the reliability and applicability of the study’s results.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights significant data trends, statistical outcomes, and any observed relationships between variables. The results are typically accompanied by relevant figures, tables, or equations that illustrate the findings quantitatively.
The section may also discuss the implications of the results in relation to the hypotheses posed at the outset of the study, providing insights into the validity of the proposed models or theories. Overall, this section serves to succinctly convey the core outcomes of the research, setting the stage for further discussion and interpretation in subsequent sections.
Discussion
In this study, 130 bacterial samples were collected from various clinical sources in Baghdad, Iraq, with 65 Escherichia coli isolates identified. The research focused on the biosynthesis of selenium nanoparticles (SeNPs) using these isolates, where sodium selenite was added to the bacterial culture, resulting in a distinct red coloration indicative of SeNP formation. Characterization techniques, including UV-Vis spectroscopy, FTIR, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and atomic force microscopy (AFM), confirmed the successful synthesis and crystalline nature of the SeNPs, with an average size of approximately 39.53 to 50.71 nm.
The antioxidant activity of the synthesized SeNPs was evaluated using the DPPH radical scavenging assay, revealing significant scavenging capabilities, particularly at a concentration of 100 µg/mL. Additionally, the cytotoxic effects of SeNPs were assessed against human colorectal carcinoma (SW480) and hepatocellular carcinoma (HepG2) cell lines, demonstrating substantial cytotoxicity with IC50 values of 3.9 and 4.5 µg/mL, respectively, while showing minimal impact on normal human embryonic kidney (HEK293) cells. The findings suggest that SeNPs selectively target cancer cells, inducing apoptosis through mechanisms involving oxidative stress and the activation of apoptotic pathways. Overall, this study highlights the potential of biosynthesized SeNPs as a promising therapeutic agent for cancer treatment, exhibiting significant antioxidant and anticancer properties while remaining non-toxic to normal cells.