DOI: https://doi.org/10.2147/ijn.s511217
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40242607
تاريخ النشر: 2025-04-01
المؤلف: Cumali Keskin وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجسيمات النانوية: التركيب والتطبيقات
نظرة عامة
تبحث الدراسة في إمكانية استخدام مستخلص أوراق *Anchusa officinalis* L. (A. officinalis) كعامل حيوي لتخليق جزيئات الفضة النانوية (AgNPs) ذات الخصائص المضادة للميكروبات ومضادة للسرطان. أظهرت خصائص جزيئات AO-AgNPs التي تم تخليقها وجود مركبات نباتية تسهل تفاعلات الاختزال. تم تقييم الفعالية المضادة للميكروبات باستخدام طريقة التركيز المثبط الأدنى (MIC)، مما أظهر تثبيطًا كبيرًا للبكتيريا الممرضة، خاصة عند MIC قدره 0.5 ميكروغرام/مل ضد *Staphylococcus aureus* و*Escherichia coli* و*Candida albicans*. بالإضافة إلى ذلك، كانت التأثيرات السامة للخلايا على خطوط خلايا السرطان ملحوظة، مع تركيز فعال (EC50) قدره 15.15 ميكروغرام/مل لوحظ في خلايا A549، بينما أظهرت خطوط الخلايا الصحية تثبيطًا أقل عند التركيزات الأعلى.
تخلص الدراسة إلى أن A. officinalis هو مصدر واعد لتخليق AgNPs الصديقة للبيئة، مما يوفر إمكانيات كعامل طبي حيوي ضد مسببات الأمراض المقاومة للمضادات الحيوية والسرطان. ومع ذلك، يُنصح بالحذر بشأن الجرعة بسبب التأثيرات التكاثرية الملحوظة على الخلايا الصحية. تؤكد النتائج على مزايا التخليق المدعوم بالنباتات، بما في ذلك الاستدامة والتوافق الحيوي، بينما تبرز الحاجة إلى مزيد من البحث لتحسين معايير التخليق ومعالجة التحديات المتعلقة بالتجانس وقابلية التوسع. تضع الخصائص الفريدة لجزيئات AO-AgNPs الحيوية كبدائل قابلة للتطبيق للمضادات الحيوية التقليدية والعلاجات المضادة للسرطان، مما يستدعي مزيدًا من الدراسات الحية للتحقق من فعاليتها.
مقدمة
تناقش المقدمة التخليق البيولوجي لجزيئات النانو المعدنية، مع تسليط الضوء على استخدام كيانات بيولوجية متنوعة مثل البكتيريا والفطريات والخمائر والنباتات في هذه العملية. تهدف هذه الطريقة، التي تُسمى “التخليق الأخضر”، إلى استبدال المواد الكيميائية الضارة والنفايات السامة ببدائل صديقة للبيئة ومستدامة. تسهل المواد البيولوجية أو مستخلصاتها اختزال واستقرار أيونات المعادن في محاليل السلف، مما يؤدي إلى إنتاج جزيئات نانوية معدنية بأبعاد وأشكال دقيقة. لا تعزز هذه الطريقة فقط سلامة تخليق جزيئات النانو ولكنها تساهم أيضًا في تطوير تكنولوجيا النانو المستدامة.
طرق
في القسم التجريبي من الدراسة، استخدم الباحثون أوراق من *Anchusa officinalis*، التي تم جمعها في سبتمبر من حرم جامعة ماردين أرتوكلو. تم تأكيد التعريف التصنيفي لمادة النبات من قبل الدكتور جمالي كيسكين من جامعة ماردين أرتوكلو، مما يضمن دقة الأنواع المستخدمة في التحقيق. تعتبر هذه الخطوة الأساسية حاسمة لسلامة النتائج التجريبية والتحليلات المقدمة في الدراسة.
نتائج
تبحث الدراسة في البيولوجيا الحيوية لجزيئات الفضة النانوية (Ag NPs) باستخدام مستخلص مائي من أوراق *A. officinalis*، المختارة لمحتواها الغني من الفلافونويدات والمركبات الفينولية، المعروفة بخصائصها المضادة للبكتيريا. تسلط الأبحاث الضوء على أن هذه المركبات النباتية تخفض بشكل فعال تفاعل أملاح الفضة وتعزز استقرار Ag NPs من خلال تفاعلات المركبات النشطة حيويًا. حدد تحليل مستخلصات الميثانول عبر LC-MS/MS مجموعة متنوعة من المركبات النباتية، بما في ذلك حمض الشيكيميك وحمض الجاليك والريسفيراترول، التي تساهم في التخليق الحيوي لجزيئات Ag NPs.
تم تقييم الفعالية المضادة للميكروبات لجزيئات AO-Ag NPs التي تم تخليقها ضد عدة سلالات بكتيرية، بما في ذلك *B. subtilis* و*S. aureus* و*P. aeruginosa* و*E. coli*، بالإضافة إلى الخميرة *C. albicans*. أظهرت النتائج تأثيرات تثبيط كبيرة عبر جميع السلالات المختبرة، والتي تعزى إلى إطلاق أيونات الفضة والتفاعلات الكهروستاتيكية بين أيونات Ag+ الموجبة الشحنة وجدران الخلايا البكتيرية السالبة الشحنة. بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم السمية الخلوية لجزيئات AO-Ag NPs باستخدام اختبار MTT على خمسة خطوط خلايا بشرية، مما كشف عن تأثيرات سامة ملحوظة، خاصة ضد خط خلايا سرطان الرئة A549، مع قيمة EC50 قدرها 15.15 ± 0.03 ميكروغرام/مل. تشير هذه النتائج إلى أن جزيئات AO-Ag NPs تمتلك خصائص مضادة للميكروبات ومضادة للسرطان، مما يبرز إمكانياتها كعوامل علاجية.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش الأبحاث المنهجية والنتائج المتعلقة بتخليق وتوصيف جزيئات الفضة النانوية (AgNPs) باستخدام مستخلص أوراق *Anchusa officinalis*. تضمنت عملية الاستخراج غلي 25 جرامًا من الأوراق المجففة في الماء المقطر، تليها الترشيح للحصول على مستخلص النبات، الذي تم استخدامه بعد ذلك في تخليق AgNPs عن طريق خلطه مع محلول نترات الفضة بتركيز 1 مللي مول. تم مراقبة اختزال أيونات الفضة إلى فضة معدنية من خلال مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، مما كشف عن تغيير كبير في اللون وقمة امتصاص قصوى عند 466 نانومتر، مما يدل على نجاح تكوين جزيئات النانو. أظهرت جزيئات AgNPs التي تم تخليقها شكلًا كرويًا بحجم متوسط يبلغ حوالي 28.5 نانومتر، كما تم تأكيده بواسطة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM).
شمل توصيف جزيئات AgNPs الحيوية مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، التي حددت المجموعات الوظيفية في مستخلص النبات المسؤولة عن الاختزال واستقرار جزيئات النانو. لوحظ وجود مجموعة متنوعة من المركبات النباتية، مثل البوليفينولات والفلافونويدات، مما يشير إلى دورها في عملية التخليق. بالإضافة إلى ذلك، أكد تحليل حيود الأشعة السينية (XRD) الطبيعة البلورية لجزيئات AgNPs، مع حساب حجم البلورات المتوسطة باستخدام معادلة ديباي-شيرر yielding قيمة قدرها 27.06 نانومتر. تم تقييم الخصائص المضادة للميكروبات لجزيئات AgNPs التي تم تخليقها ضد مجموعة متنوعة من الكائنات الدقيقة الممرضة، مما يظهر إمكانياتها كعوامل مضادة للميكروبات فعالة. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على فعالية استخدام مستخلصات النباتات للتخليق الأخضر لجزيئات النانو، مع التأكيد على نشاطها البيولوجي وإمكاناتها في النانوميديسين.
DOI: https://doi.org/10.2147/ijn.s511217
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40242607
Publication Date: 2025-04-01
Author(s): Cumali Keskin et al.
Primary Topic: Nanoparticles: synthesis and applications
Overview
The research investigates the potential of *Anchusa officinalis* L. (A. officinalis) leaf extract as a biogenic agent for synthesizing silver nanoparticles (AgNPs) with antimicrobial and anticancer properties. Characterization of the synthesized AO-AgNPs revealed the presence of phytochemicals that facilitate reduction reactions. The antimicrobial efficacy was assessed using the minimum inhibitory concentration (MIC) method, demonstrating significant inhibition of pathogenic bacteria, particularly at a MIC of 0.5 µg/mL against *Staphylococcus aureus*, *Escherichia coli*, and *Candida albicans*. Additionally, the cytotoxic effects on cancer cell lines were notable, with an effective concentration (EC50) of 15.15 µg/mL observed in A549 cells, while healthy cell lines showed reduced inhibition at higher concentrations.
The study concludes that A. officinalis is a promising source for environmentally friendly AgNP synthesis, offering potential as a biomedical agent against antibiotic-resistant pathogens and cancer. However, caution is advised regarding dosage due to the observed proliferative effects on healthy cells. The findings underscore the advantages of plant-mediated synthesis, including sustainability and biocompatibility, while highlighting the need for further research to optimize synthesis parameters and address challenges related to uniformity and scalability. The unique properties of biogenic AO-AgNPs position them as viable alternatives to traditional antibiotics and anticancer therapies, warranting additional in vivo studies to validate their efficacy.
Introduction
The introduction discusses the biological synthesis of metallic nanoparticles, highlighting the use of various biological entities such as bacteria, fungi, yeast, and plants in this process. This method, termed “green synthesis,” aims to replace hazardous chemicals and harmful byproducts with environmentally friendly and sustainable alternatives. The biological materials or their extracts facilitate the reduction and stabilization of metal ions in precursor solutions, leading to the production of metallic nanoparticles with precise dimensions and shapes. This approach not only enhances the safety of nanoparticle synthesis but also contributes to the development of sustainable nanotechnology.
Methods
In the experimental section of the study, the researchers utilized leaves from *Anchusa officinalis*, which were collected in September from the Mardin Artuklu University Campus. The taxonomic identification of the plant material was confirmed by Dr. Cumali Keskin from Mardin Artuklu University, ensuring the accuracy of the species used in the investigation. This foundational step is critical for the integrity of the subsequent experimental results and analyses presented in the study.
Results
The study investigates the biogenesis of silver nanoparticles (Ag NPs) using an aqueous extract from the leaves of *A. officinalis*, selected for its rich content of flavonoids and phenolic compounds, which are known for their antibacterial properties. The research highlights that these phytochemicals effectively reduce the reactivity of silver salts and enhance the stability of Ag NPs through bioactive compound interactions. The analysis of methanol extracts via LC-MS/MS identified various phytochemicals, including shikimic acid, gallic acid, and resveratrol, which contribute to the biosynthesis of Ag NPs.
The antimicrobial efficacy of the synthesized AO-Ag NPs was evaluated against several bacterial strains, including *B. subtilis*, *S. aureus*, *P. aeruginosa*, and *E. coli*, as well as the yeast *C. albicans*. The results demonstrated significant inhibitory effects across all tested strains, attributed to the release of silver ions and the electrostatic interactions between the positively charged Ag+ ions and the negatively charged bacterial cell walls. Additionally, the cytotoxicity of AO-Ag NPs was assessed using the MTT assay on five human cell lines, revealing notable cytotoxic effects, particularly against the A549 lung adenocarcinoma cell line, with an EC50 value of 15.15 ± 0.03 µg/mL. These findings suggest that AO-Ag NPs possess both antimicrobial and anticancer properties, highlighting their potential as therapeutic agents.
Discussion
In this section, the research discusses the methodology and findings related to the synthesis and characterization of silver nanoparticles (AgNPs) using the leaf extract of *Anchusa officinalis*. The extraction process involved boiling 25 grams of dried leaves in distilled water, followed by filtration to obtain the plant extract, which was then used in the synthesis of AgNPs by mixing it with a 1 mM silver nitrate solution. The reduction of silver ions to metallic silver was monitored through UV-Vis spectroscopy, revealing a significant color change and a maximum absorbance peak at 466 nm, indicating successful nanoparticle formation. The synthesized AgNPs exhibited a spherical morphology with an average size of approximately 28.5 nm, as confirmed by scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM).
The characterization of the biogenic AgNPs included Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy, which identified functional groups in the plant extract responsible for the reduction and stabilization of the nanoparticles. The presence of various phytochemicals, such as polyphenols and flavonoids, was noted, suggesting their role in the synthesis process. Additionally, X-ray diffraction (XRD) analysis confirmed the crystalline nature of the AgNPs, with an average crystallite size calculated using the Debye-Scherrer equation yielding a value of 27.06 nm. The antimicrobial properties of the synthesized AgNPs were evaluated against various pathogenic microorganisms, demonstrating their potential as effective antimicrobial agents. Overall, the study highlights the efficacy of using plant extracts for the green synthesis of nanoparticles, emphasizing their biological activity and potential applications in nanomedicine.