DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1294170
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38274007
تاريخ النشر: 2024-01-11
المؤلف: Ahmed Mohamed Aly Khalil وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تخليق الجسيمات النانوية الثنائية المعدن السيلينيوم-الذهب (Se-Au BNPs) باستخدام مستخلص أوراق *Pluchea indica*، مما يمثل نهجًا جديدًا في تطوير عوامل مضادة للبكتيريا ومضادة للسرطان. أظهر التحليل الكيميائي النباتي للمستخلص تركيزات كبيرة من الفينولات (90.25 ملغ/غ)، الفلافونويدات (275.53 ملغ/غ)، والتانينات (26.45 ملغ/غ)، والتي تعتبر أساسية في التخليق الصديق للبيئة للجسيمات النانوية. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية-المرئية، حيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، تشكيل جسيمات نانوية كروية بحجم متوسط يبلغ حوالي 45 نانومتر وذروات امتصاص مميزة عند 238 و374 نانومتر.
أظهرت جسيمات Se-Au BNPs نشاطًا مضادًا للبكتيريا ملحوظًا ضد مجموعة متنوعة من مسببات الأمراض، بما في ذلك *Escherichia coli*، *Pseudomonas aeruginosa*، *Staphylococcus aureus*، و*Bacillus subtilis*، مع تركيزات مثبطة دنيا (MICs) تتراوح من 3.9 إلى 31.25 ميكروغرام/مل. من المهم أن الجسيمات النانوية أظهرت قيمة سُمّية IC50 تبلغ 116.8 ميكروغرام/مل ضد خط خلايا Wi 38 الطبيعية، مما يشير إلى سلامتها المحتملة للاستخدامات العلاجية. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت جسيمات Se-Au BNPs فعالية واعدة في مكافحة السرطان ضد خلايا سرطان الثدي البشرية (MCF7)، مع قيمة IC50 تبلغ 13.77 ميكروغرام/مل. تسلط هذه الدراسة الضوء على إمكانية استخدام مستخلص أوراق *P. indica* في التخليق المستدام للجسيمات النانوية النشطة بيولوجيًا للاستخدامات الطبية المستقبلية.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث القضية الحرجة لمقاومة الميكروبات، وخاصة مقاومة الأدوية المتعددة (MDR) في البكتيريا، والتي تشكل تهديدًا كبيرًا للصحة العالمية. تسلط الورقة الضوء على دور التعديلات الجينية، والمقاومة المكتسبة، والاستخدام المفرط للمضادات الحيوية كعوامل رئيسية تساهم في هذه الظاهرة. بالإضافة إلى ذلك، تؤكد على الزيادة المتزايدة في انتشار السرطان، وخاصة سرطان الثدي، كقضية صحية رئيسية، مما يبرز الحاجة إلى بدائل علاجية أكثر أمانًا بسبب الآثار الجانبية الشديدة المرتبطة بالعوامل الكيميائية التقليدية.
استجابةً لهذه التحديات، تناقش الورقة إمكانية النانوبيوتكنولوجيا والكيمياء الخضراء في تطوير مواد نانوية صديقة للبيئة للاستخدامات الطبية. تركز بشكل خاص على الجسيمات النانوية الذهبية (AuNPs)، التي حظيت باهتمام بسبب خصائصها الفيزيائية والكيميائية الفريدة، والتوافق الحيوي، وفعاليتها في توصيل الأدوية والعلاج الضوئي الحراري. تستكشف الدراسة أيضًا تخليق الجسيمات النانوية الثنائية المعدن (BNPs) باستخدام مستخلصات نباتية، وخاصة من *Pluchea indica*، لتعزيز الاستقرار والفعالية في التطبيقات المضادة للبكتيريا ومضادة للسرطان. كما يتم توضيح التوصيف والنشاط الحيوي لجسيمات Se-Au BNPs المُصنّعة، مما يشير إلى طريق واعد لاستراتيجيات علاجية مستقبلية.
مناقشة
ت outlines قسم المناقشة في ورقة البحث التحليل النوعي والكمّي للمواد الكيميائية النباتية في مستخلص *P. indica*، والتخليق والتوصيف للجسيمات النانوية الثنائية المعدن السيلينيوم-الذهب (Se-Au BNPs)، وأنشطتها المضادة للبكتيريا ومضادة للسرطان. كشفت الفحوصات النوعية عن وجود الكربوهيدرات، الفينولات، التانينات، الفلافونويدات، والجليكوسيدات، بينما أشارت التحليلات الكمية إلى إجمالي محتوى الفينولات (275.53 ± 2.39 ملغ GA E/غ DW)، إجمالي محتوى الفلافونويدات (90.25 ± 1.04 ملغ روتين/غ DW)، وإجمالي التانينات (26.45 ± 0.67 ملغ TA/غ DW). شمل تخليق Se-Au BNPs تقليل أيونات المعادن باستخدام المستخلص النباتي، مؤكداً من خلال تغيير اللون وتم تمييزه من خلال تقنيات مختلفة بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية-المرئية، حيود الأشعة السينية (XRD)، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR).
تم تقييم النشاط المضاد للبكتيريا لجسيمات Se-Au BNPs المُصنّعة ضد عدة سلالات بكتيرية، مما أظهر تثبيطًا كبيرًا، خاصة ضد *Bacillus subtilis* و*Pseudomonas aeruginosa*. كانت التركيزات المثبطة الدنيا (MICs) لهذه السلالات أقل بكثير من تلك الخاصة بالمواد الأولية ومضاد حيوي قياسي، نورفلوكساسين، مما يشير إلى الفعالية المعززة للجسيمات النانوية. علاوة على ذلك، كشفت اختبارات السُمّية باستخدام خط خلايا Wi38 الطبيعية وخط خلايا السرطان MCF7 أن جسيمات Se-Au BNPs أظهرت سُمّية منخفضة (IC50 تبلغ 116.8 ميكروغرام/مل)، مما يشير إلى إمكانية استخدامها كعوامل علاجية آمنة. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على التطبيقات الواعدة لجسيمات Se-Au BNPs المشتقة من *P. indica* في العلاجات المضادة للبكتيريا ومضادة للسرطان، مدعومة بملفها الكيميائي النباتي الغني وطرق التخليق الفعالة.
القيود
تعترف الدراسة بعدة قيود، خاصة فيما يتعلق بتقييم الجسيمات النانوية البيولوجية Se-Au (BNPs) المُصنّعة في البحث الحالي. ستركز التحقيقات المستقبلية على تقييم النشاط السُمّي لهذه الجسيمات النانوية ضد مجموعة متنوعة من خطوط الخلايا الطبيعية والسرطانية في المختبر. بالإضافة إلى ذلك، ستُجرى دراسات حية باستخدام نماذج حيوانية لتحديد سلامة الجسيمات النانوية في الخلايا الطبيعية وفعاليتها ضد الخلايا السرطانية. هذه التقييمات القادمة ضرورية لتأسيس الإمكانيات العلاجية وملف السلامة للجسيمات النانوية المُصنّعة.
DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2023.1294170
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38274007
Publication Date: 2024-01-11
Author(s): Ahmed Mohamed Aly Khalil et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
The research investigates the biosynthesis of bimetallic selenium-gold nanoparticles (Se-Au BNPs) using Pluchea indica leaf extract, marking a novel approach in the development of antibacterial and anticancer agents. The phytochemical analysis of the extract revealed significant concentrations of phenolics (90.25 mg/g), flavonoids (275.53 mg/g), and tannins (26.45 mg/g), which are instrumental in the eco-friendly synthesis of nanoparticles. Characterization techniques, including UV-vis spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and transmission electron microscopy (TEM), confirmed the formation of spherical nanoparticles with an average size of approximately 45 nm and distinct absorbance peaks at 238 and 374 nm.
The Se-Au BNPs demonstrated notable antibacterial activity against various pathogens, including Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, and Bacillus subtilis, with minimum inhibitory concentrations (MICs) ranging from 3.9 to 31.25 μg/mL. Importantly, the nanoparticles exhibited a cytotoxicity IC50 value of 116.8 μg/mL against the Wi 38 normal cell line, indicating their potential safety for therapeutic applications. Additionally, the Se-Au BNPs showed promising anticancer efficacy against human breast cancer cells (MCF7), with an IC50 value of 13.77 μg/mL. This study highlights the potential of P. indica leaf extract in the sustainable biosynthesis of biologically active nanoparticles for future biomedical applications.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the critical issue of antimicrobial resistance, particularly multidrug resistance (MDR) in bacteria, which poses a significant threat to global health. The paper highlights the role of genetic modifications, acquired resistance, and the overuse of antibiotics as key factors contributing to this phenomenon. Additionally, it emphasizes the rising prevalence of cancer, particularly breast cancer, as a major health concern, underscoring the need for safer therapeutic alternatives due to the severe side effects associated with conventional chemotherapeutic agents.
In response to these challenges, the paper discusses the potential of nanobiotechnology and green chemistry in developing eco-friendly nanomaterials for medical applications. Specifically, it focuses on gold nanoparticles (AuNPs), which have garnered attention for their unique physicochemical properties, biocompatibility, and effectiveness in drug delivery and photothermal therapy. The study further explores the synthesis of bimetallic nanoparticles (BNPs) using plant extracts, particularly from *Pluchea indica*, to enhance stability and efficacy in antibacterial and anticancer applications. The characterization and bioactivity of the synthesized Se-Au BNPs are also outlined, indicating a promising avenue for future therapeutic strategies.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines the qualitative and quantitative analysis of phytochemicals in the extract of *P. indica*, the biosynthesis and characterization of selenium-gold bimetallic nanoparticles (Se-Au BNPs), and their antimicrobial and anticancer activities. Qualitative screening revealed the presence of carbohydrates, phenolics, tannins, flavonoids, and glycosides, while quantitative analyses indicated total phenolic content (275.53 ± 2.39 mg GA E/g DW), total flavonoid content (90.25 ± 1.04 mg rutin/g DW), and total tannins (26.45 ± 0.67 mg TA/g DW). The synthesis of Se-Au BNPs involved the reduction of metal ions using the plant extract, confirmed by a color change and characterized through various techniques including UV-vis spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR).
The antimicrobial activity of the synthesized Se-Au BNPs was evaluated against several bacterial strains, demonstrating significant inhibition, particularly against *Bacillus subtilis* and *Pseudomonas aeruginosa*. The minimum inhibitory concentrations (MICs) for these strains were notably lower than those for the starting materials and a standard antibiotic, norfloxacin, indicating the enhanced efficacy of the nanoparticles. Furthermore, cytotoxicity tests using the Wi38 normal cell line and the MCF7 cancer cell line revealed that the Se-Au BNPs exhibited low toxicity (IC50 of 116.8 μg/mL), suggesting their potential as safe therapeutic agents. Overall, the findings highlight the promising applications of *P. indica*-derived Se-Au BNPs in antimicrobial and anticancer therapies, supported by their rich phytochemical profile and effective biosynthesis methods.
Limitations
The study acknowledges several limitations, particularly regarding the evaluation of Se-Au biogenic nanoparticles (BNPs) synthesized in the current research. Future investigations will focus on assessing the cytotoxic activity of these BNPs against various normal and cancerous cell lines in vitro. Additionally, in vivo studies will be conducted using animal models to ascertain the safety of the BNPs in normal cells and their efficacy against cancerous cells. These forthcoming evaluations are crucial for establishing the therapeutic potential and safety profile of the synthesized nanoparticles.