DOI: https://doi.org/10.31015/2025.2.29
تاريخ النشر: 2025-06-25
المؤلف: Necmettin Aktepe وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تخليق جزيئات السيلينيوم النانوية (ST-SeNPs) باستخدام المستخلص المائي لقشور البطاطس (Solanum tuberosum) من خلال نهج التخليق الأخضر. تستخدم الدراسة تقنيات توصيف متنوعة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM) وطيف الأشعة فوق البنفسجية-المرئية، مما يؤكد التوزيع المتجانس للجزيئات النانوية، والشكل الدائري، وذروة الامتصاص عند 350 نانومتر. أظهرت جزيئات ST-SeNPs نشاطًا مضادًا للسرطان ملحوظًا ضد خطوط خلايا سرطان الرئة A549 وسرطان المبيض OVCAR-3، حيث أدت التركيزات المتزايدة إلى تثبيط نمو الخلايا. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الجزيئات النانوية خصائص مضادة للبكتيريا ضد الإشريكية القولونية، والمكورات العنقودية الذهبية، والكانديدا البيض، كما تم تقييمها بواسطة طريقة انتشار القرص في الأجار.
تشير النتائج إلى أن جزيئات ST-SeNPs المخلقة من قشور البطاطس تمتلك خصائص واعدة مضادة للسرطان ومضادة للميكروبات، مما قد يجعلها بدائل للعلاجات التقليدية بالمضادات الحيوية. هذا الأمر ذو صلة خاصة في سياق زيادة مقاومة الميكروبات، حيث يمكن أن يخفف استخدام أنظمة الجزيئات النانوية المعدنية من الاعتماد على المضادات الحيوية التقليدية. تدعو الدراسة إلى مزيد من البحث لاستكشاف الآليات الكامنة وراء التأثيرات السامة للخلايا والمضادة للبكتيريا لهذه الجزيئات النانوية، مع التأكيد على إمكانياتها في مواجهة التحديات الصحية الحالية.
مقدمة
تستعرض مقدمة هذه الورقة البحثية أهمية تكنولوجيا النانو، مع التركيز بشكل خاص على الجزيئات النانوية (NPs) وتطبيقاتها في مجالات متنوعة مثل الطب الحيوي والزراعة والإلكترونيات. تتميز الجزيئات النانوية بأبعاد تتراوح من 1 إلى 100 نانومتر، وتظهر خصائص فيزيائية وكيميائية وبيولوجية محسنة مقارنة بالمواد الأكبر حجمًا. من بين هذه الجزيئات، يتم تسليط الضوء على جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) لخصائصها الفريدة، بما في ذلك انخفاض السمية، وارتفاع التوافر البيولوجي، والأنشطة البيولوجية المتنوعة، مثل التأثيرات المضادة للأورام والمضادة للميكروبات. تؤكد الورقة على إمكانيات جزيئات SeNPs المخلقة من خلال طرق صديقة للبيئة، خاصة باستخدام مستخلصات نباتية، والتي لا توفر فقط نهجًا مستدامًا لإنتاج الجزيئات النانوية ولكن أيضًا تستفيد من المركبات النشطة بيولوجيًا الموجودة في هذه المستخلصات.
تبحث الدراسة بشكل خاص في تخليق جزيئات SeNPs من قشور البطاطس، وهي نفايات زراعية يتم التخلص منها عادة، والتي تحتوي على مكونات نشطة بيولوجيًا ذات خصائص مضادة للسرطان ومضادة للأكسدة. من خلال استخدام قشور البطاطس، تهدف الدراسة إلى المساهمة في إدارة النفايات مع استكشاف التأثيرات المضادة للميكروبات والمضادة للتكاثر لجزيئات SeNPs المخلقة على خطوط خلايا السرطان البشرية (A549 وOVCAR-3) والسلالات البكتيرية المسببة للأمراض (المكورات العنقودية الذهبية والإشريكية القولونية). يبرز هذا النهج الفائدة المزدوجة في معالجة القضايا البيئية وتقدم التطبيقات الطبية من خلال تكنولوجيا النانو المبتكرة.
طرق
في هذه الدراسة التجريبية، استخدم الباحثون نفايات المطبخ، وبالتحديد البطاطس (Solanum tuberosum)، كمادة أساسية. لضمان إزالة الملوثات، خضعت نفايات البطاطس المجمعة لعملية غسل شاملة، أولاً بالماء العادي ثم بالشطف بالماء النقي. بعد التنظيف، تم تجفيف البطاطس في منطقة مظللة داخل المختبر لتحضيرها للإجراءات التجريبية التالية. تعتبر هذه الطريقة المنهجية في إعداد المواد ضرورية للحفاظ على نزاهة النتائج التجريبية.
نتائج
تمت توصيف نتائج الدراسة حول جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) المخلقة باستخدام مستخلص البطاطس من خلال تقنيات طيفية وصورية متنوعة. كشفت طيفية الأشعة فوق البنفسجية-المرئية عن قمم امتصاص قوية حول 330 نانومتر، مما يؤكد تقليل السيلينيت إلى جزيئات SeNPs، بما يتماشى مع الأدبيات الموجودة (Baran et al., 2024). حددت طيفية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) عدة مجموعات وظيفية، بما في ذلك نطاقات OH العريضة عند 3280 سم⁻¹ واهتزازات C-H عند 2914 و2847 سم⁻¹، إلى جانب قمم مميزة لاهتزازات الكربونيل (C=O) وC-O. تشير هذه النتائج إلى وجود مجموعات وظيفية عضوية مرتبطة بجزيئات SeNPs، مما يؤكد الدراسات السابقة (Ullah et al., 2021).
أظهر تحليل المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) أن جزيئات SeNPs المخلقة أظهرت تجانسًا ونعومة، مع حجم جزيئات متوسط يتراوح من 30 إلى 100 نانومتر وبنية سداسية. أكد تحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) وجود السيلينيوم بنسبة وزن تبلغ 88.43% (Baskar et al., 2019). أشار تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) إلى وجود ثلاث قمم بارزة تتوافق مع مستويات (100) و(101) و(102) لبنية السيلينيوم المكعب المركز عند قيم 2θ تبلغ 23.460 و29.661 و43.620، على التوالي (Khiralla and El-Deeb, 2015). كشف المجهر الإلكتروني الناقل (TEM) أيضًا أن جزيئات SeNPs كانت لها شكل كروي تقريبًا بمتوسط قطر يبلغ 32.97 ± 15.77 نانومتر (Boroumand et al., 2019).
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تخليق وتوصيف جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) المشتقة من قشور البطاطس، جنبًا إلى جنب مع أنشطتها السامة للخلايا والمضادة للبكتيريا. تم إعداد المستخلص المائي لقشور البطاطس عن طريق غلي النفايات المطحونة في الماء منزوع الأيونات، تلاها التخليق الأخضر لجزيئات SeNPs باستخدام مزيج من محلول السيلينيوم والمستخلص. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك طيف الأشعة فوق البنفسجية-المرئية والمجهر الإلكتروني، على التكوين الناجح للجزيئات النانوية. تم تقييم التأثيرات السامة للخلايا لجزيئات SeNPs على خطوط خلايا السرطان A549 وOVCAR-3 باستخدام اختبار MTT، مما يكشف عن IC50 قدره 2000 ميكروغرام/مل لكلتا خطي الخلايا عند 24 و48 ساعة، مع ملاحظة زيادة السمية عند التركيزات الأعلى.
بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم الفعالية المضادة للبكتيريا لجزيئات SeNPs ضد مسببات الأمراض الشائعة، بما في ذلك الإشريكية القولونية، والمكورات العنقودية الذهبية، والكانديدا البيض، مما يظهر نشاطًا مضادًا للبكتيريا ملحوظًا، خاصة ضد الإشريكية القولونية والكانديدا البيض. تسلط الدراسة الضوء على إمكانيات جزيئات ST-SeNPs كعوامل علاجية بديلة لعلاج السرطان والعدوى البكتيرية، مما يشير إلى أن استخدامها يمكن أن يقلل من الاعتماد على المضادات الحيوية التقليدية ويعالج المشكلة المتزايدة لمقاومة الميكروبات. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتوضيح الآليات الكامنة وراء الخصائص السامة للخلايا والمضادة للبكتيريا لهذه الأنظمة من الجزيئات النانوية المعدنية.
DOI: https://doi.org/10.31015/2025.2.29
Publication Date: 2025-06-25
Author(s): Necmettin Aktepe et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This research investigates the synthesis of selenium nanoparticles (ST-SeNPs) using the aqueous extract of Solanum tuberosum (potato) shells through a green synthesis approach. The study employs various characterization techniques, including scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and UV-visible spectroscopy, confirming the nanoparticles’ uniform distribution, round morphology, and peak absorbance at 350 nm. The ST-SeNPs demonstrated significant anticancer activity against A549 lung and OVCAR-3 ovarian cancer cell lines, with increased concentrations leading to inhibited cell growth. Additionally, the nanoparticles exhibited antibacterial properties against Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and Candida albicans, as assessed by the disk diffusion agar method.
The findings suggest that ST-SeNPs synthesized from potato peels possess promising anticancer and antimicrobial properties, potentially serving as alternative treatments to conventional antibiotics. This is particularly relevant in the context of rising antimicrobial resistance, as the use of such metal nanoparticle systems could alleviate reliance on traditional antibiotics. The study advocates for further research to explore the underlying mechanisms of the cytotoxic and antibacterial effects of these nanoparticles, emphasizing their potential in addressing current healthcare challenges.
Introduction
The introduction of this research paper outlines the significance of nanotechnology, particularly focusing on nanoparticles (NPs) and their applications across various fields such as biomedicine, agriculture, and electronics. NPs, characterized by their dimensions ranging from 1 to 100 nanometers, exhibit enhanced physical, chemical, and biological properties compared to larger materials. Among these, selenium nanoparticles (SeNPs) are highlighted for their unique attributes, including low toxicity, high bioavailability, and various biological activities, such as anti-tumor and antimicrobial effects. The paper emphasizes the potential of SeNPs synthesized through environmentally friendly methods, particularly using plant extracts, which not only provide a sustainable approach to nanoparticle production but also leverage the bioactive compounds present in these extracts.
The study specifically investigates the synthesis of SeNPs from potato peels, a commonly discarded agricultural waste, which are rich in bioactive components with anticancer and antioxidant properties. By utilizing potato peels, the research aims to contribute to waste management while exploring the antimicrobial and antiproliferative effects of the synthesized SeNPs on human cancer cell lines (A549 and OVCAR-3) and pathogenic bacterial strains (Staphylococcus aureus and Escherichia coli). This approach underscores the dual benefit of addressing environmental concerns and advancing medical applications through innovative nanotechnology.
Methods
In this experimental study, the researchers utilized kitchen waste, specifically Solanum tuberosum (potato), as the primary material. To ensure the removal of contaminants, the collected potato waste underwent a thorough washing process, first with tap water followed by rinsing with pure water. After cleaning, the potatoes were dried in a shaded area within the laboratory to prepare them for subsequent experimental procedures. This methodical approach to material preparation is crucial for maintaining the integrity of the experimental results.
Results
The results of the study on selenium nanoparticles (SeNPs) synthesized using potato extract were characterized through various spectroscopic and imaging techniques. UV-visible spectroscopy revealed strong absorption peaks around 330 nm, confirming the reduction of selenite to SeNPs, consistent with existing literature (Baran et al., 2024). Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy identified several functional groups, including broad OH bands at 3280 cm⁻¹ and C-H stretching at 2914 and 2847 cm⁻¹, alongside characteristic peaks for carbonyl (C=O) and C-O stretching vibrations. These findings indicate the presence of organic functional groups associated with the SeNPs, corroborating previous studies (Ullah et al., 2021).
Scanning electron microscopy (SEM) analysis showed that the synthesized SeNPs exhibited uniformity and smoothness, with an average particle size ranging from 30 to 100 nm and a hexagonal structure. Energy-dispersive X-ray (EDX) analysis confirmed the presence of selenium with a weight percentage of 88.43% (Baskar et al., 2019). X-ray diffraction (XRD) analysis indicated three prominent peaks corresponding to the (100), (101), and (102) planes of a face-centered cubic selenium structure at 2θ values of 23.460, 29.661, and 43.620, respectively (Khiralla and El-Deeb, 2015). Transmission electron microscopy (TEM) further revealed that the SeNPs had a nearly spherical morphology with an average diameter of 32.97 ± 15.77 nm (Boroumand et al., 2019).
Discussion
In this study, the synthesis and characterization of selenium nanoparticles (SeNPs) derived from potato peels were investigated, along with their cytotoxic and antimicrobial activities. The aqueous extract of potato peels was prepared by boiling powdered waste in deionized water, followed by the green synthesis of SeNPs using a mixture of selenium solution and the extract. Characterization techniques, including UV-Vis spectrophotometry and electron microscopy, confirmed the successful formation of nanoparticles. The cytotoxic effects of SeNPs were evaluated on A549 and OVCAR-3 cancer cell lines using the MTT assay, revealing an IC50 of 2000 µg/mL for both cell lines at 24 and 48 hours, with increased cytotoxicity observed at higher concentrations.
Additionally, the antimicrobial efficacy of SeNPs was assessed against common pathogens, including E. coli, S. aureus, and C. albicans, demonstrating significant antibacterial activity, particularly against E. coli and C. albicans. The study highlights the potential of ST-SeNPs as alternative therapeutic agents for cancer treatment and bacterial infections, suggesting that their use could mitigate the reliance on conventional antibiotics and address the growing issue of antimicrobial resistance. Further research is warranted to fully elucidate the mechanisms underlying the cytotoxic and antimicrobial properties of these metal nanoparticle systems.