DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-82687-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39747357
تاريخ النشر: 2025-01-02
المؤلف: Mohammed A. Al-Duais وآخرون
الموضوع الرئيسي: المركبات الحيوية المستخلصة من الطحالب
نظرة عامة
تبحث الدراسة في إمكانيات الجسيمات النانوية الطبيعية (NPs) والبوليمرات البحرية في مكافحة سرطانات القولون والمستقيم، التي تزداد انتشارًا على مستوى العالم. تركز الدراسة على تحويل الكركم إلى نانو-كركم (NCur) باستخدام صمغ الأكاسيا، مما يؤدي إلى التخليق الحيوي لجسيمات السيلينيوم النانوية (SeNPs). تم دمج هذه المكونات لإنشاء نانو مركبات نشطة حيويًا (NCs) مع الفوكويدين (Fu)، والتي تم تقييم فعاليتها ضد خطوط خلايا سرطان القولون والمستقيم (CaCo-2 و HT-29). أظهرت الجسيمات الناتجة NCur و SeNPs أقطارًا متوسطة تبلغ 34.67 ± 4.32 نانومتر و 5.17 ± 1.06 نانومتر، على التوالي. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة تحت الحمراء والمجهر الإلكتروني، التفاعلات داخل NCs.
كشفت النتائج أن نانو مركبات Fu/NCur/SeNPs أظهرت تأثيرات سامة خلوية كبيرة، مع قيم IC50 تبلغ 10.35 ± 0.83 ملغ/لتر و 19.44 ± 1.39 ملغ/لتر ضد خلايا CaCo-2 و HT-29، على التوالي، متجاوزة فعالية دواء العلاج الكيميائي القياسي سيسبلاتين. بالإضافة إلى ذلك، أحدثت NCs ضررًا كبيرًا في الحمض النووي في خلايا CaCo-2، كما يتضح من اختبارات الكوميت، وأشارت التحليلات فوق الهيكلية إلى حدوث موت خلوي شديد وتشوه خلوي. تستنتج الدراسة أن نانو مركبات Fu/NCur/SeNPs المستندة إلى البيولوجيا تحمل وعدًا كعوامل مضادة للسرطان الطبيعية لسرطان الغدد القولونية، مما يستدعي مزيدًا من البحث في حركية إطلاق الأدوية والسمية البيولوجية في الجسم الحي للتطبيقات المستقبلية.
الطرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والطرق المستخدمة لإعداد وتوصيف نانو مركبات الفوكويدين (Fu) والكركم (Cur) وجسيمات السيلينيوم النانوية (SeNPs). تم الحصول على المواد بشكل أساسي من سيغما-ألدريتش، بما في ذلك Fu من *Undaria pinnatifida*، وCur من *Curcuma longa*، ومجموعة متنوعة من المواد الكيميائية اللازمة للتخليق والتوصيف. تضمنت إعداد نانو مركبات Fu/NCur/SeNPs عدة خطوات: أولاً، تم خلط محلول صمغ الأكاسيا (GA) مع محلول الكركم، تلاه إضافة سيلينيت الصوديوم لتخليق مركب NCur/SeNPs، مما يدل على تغيير اللون إلى بني برتقالي داكن. تم توصيف الجسيمات النانوية الناتجة باستخدام تقنيات مثل مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، التي أكدت التخليق الناجح لـ SeNPs، والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، الذي كشف عن حجم وشكل الجسيمات النانوية.
تم دعم التوصيف الهيكلي بشكل أكبر من خلال مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، التي حددت المجموعات الوظيفية الرئيسية والتفاعلات بين مكونات النانو مركب. أظهرت التحليلات تغييرات كبيرة في شدة القمم وظهور قمم جديدة، مما يشير إلى التكامل الناجح لـ SeNPs مع NCur. أشارت قياسات تشتت الضوء الديناميكي (DLS) إلى أن الجسيمات النانوية التي تم تخليقها كانت مشحونة سلبًا، وهو ما يفيد في الاستقرار والتشتت. تم الإبلاغ عن الأقطار المتوسطة للجسيمات النانوية، حيث بلغ متوسط SeNPs 5.17 نانومتر وقياس مركب NCur/SeNPs 38.39 نانومتر، مما يشير إلى احتواء فعال لـ SeNPs داخل مصفوفة NCur. بشكل عام، توضح الطرق المستخدمة نهجًا قويًا لتخليق وتوصيف نانو مركبات نشطة حيويًا للتطبيقات المحتملة في علاج السرطان.
النتائج
ركزت الدراسة على التخليق الحيوي لـ NCur/SeNPs (جسيمات الكركم/السيلينيوم النانوية) وارتباطها مع Fu (على الأرجح إشارة إلى مركب أو دواء محدد) لتطوير علاجات مضادة للسرطان أكثر فعالية وطبيعية. أثبتت الأبحاث بنجاح التخليق الحيوي والتوصيف لكل من الجسيمات النانوية (NPs) والنانو مركبات الناتجة (NCs). تشير هذه النتائج إلى طريق واعد لتعزيز علاجات السرطان من خلال دمج المركبات الطبيعية وتكنولوجيا النانو.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في التوصيف والإمكانات المضادة للسرطان لنانو مركب جديد، Fu/NCur/SeNPs، ضد خطوط خلايا سرطان الغدد القولونية (CaCo-2 و HT-29). تم تخليق النانو مركب وتوصيفه باستخدام تقنيات متنوعة، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، FTIR، تشتت الضوء الديناميكي (DLS)، المجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM). أشارت النتائج إلى أن النانو مركب أظهر تأثيرات سامة خلوية كبيرة، مع قيم IC50 تبلغ 10.35 ملغ/لتر لـ CaCo-2 و 19.44 ملغ/لتر لـ HT-29، متفوقًا على عامل العلاج الكيميائي القياسي سيسبلاتين.
كما استخدمت الدراسة اختبار MTT لتقييم حيوية الخلايا واختبار الكوميت لتقييم ضرر الحمض النووي، مما كشف أن العلاج بـ Fu/NCur/SeNPs أدى إلى ضرر كبير في الحمض النووي، كما يتضح من شدة الحمض النووي الذيل بنسبة 43.32 ± 3.57%. أظهرت التحليلات فوق الهيكلية من خلال TEM و SEM تغييرات شكلية ملحوظة في الخلايا المعالجة، بما في ذلك اختراق الغشاء ووجود الأوتوفاغوسومات، مما يدل على تحفيز الموت الخلوي الذاتي والالتهام الذاتي. تشير هذه النتائج إلى أن نانو مركب Fu/NCur/SeNPs الذي تم تخليقه حيويًا يحمل وعدًا كعامل مضاد للسرطان طبيعي قوي لسرطان القولون، مما يستدعي مزيدًا من الاستكشاف لتطبيقاته العلاجية وملفات السلامة الخاصة به.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-82687-y
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39747357
Publication Date: 2025-01-02
Author(s): Mohammed A. Al-Duais et al.
Primary Topic: Seaweed-derived Bioactive Compounds
Overview
The research investigates the potential of natural nanoparticles (NPs) and marine biopolymers in combating colorectal cancers, which are increasingly prevalent globally. The study focuses on the transformation of curcumin into nano-curcumin (NCur) using gum Arabic, leading to the biosynthesis of selenium nanoparticles (SeNPs). These components were combined to create bioactive nanocomposites (NCs) with fucoidan (Fu), which were evaluated for their efficacy against colorectal cancer cell lines (CaCo-2 and HT-29). The resulting NCur and SeNPs exhibited mean diameters of 34.67 ± 4.32 nm and 5.17 ± 1.06 nm, respectively. Characterization techniques, including infrared spectroscopy and electron microscopy, confirmed the interactions within the NCs.
The findings revealed that the Fu/NCur/SeNPs nanocomposites demonstrated significant cytotoxic effects, with IC50 values of 10.35 ± 0.83 mg/L and 19.44 ± 1.39 mg/L against CaCo-2 and HT-29 cells, respectively, surpassing the efficacy of the standard chemotherapy drug cisplatin. Additionally, the NCs induced substantial DNA damage in CaCo-2 cells, as evidenced by comet assays, and ultrastructural analysis indicated severe apoptosis and cellular deformation. The study concludes that the bio-based Fu/NCur/SeNPs nanocomposites hold promise as natural anticancer agents for colorectal adenocarcinoma, warranting further research into drug release kinetics and in vivo biotoxicity for future applications.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods used to prepare and characterize nanocomposites of fucoidan (Fu), curcumin (Cur), and selenium nanoparticles (SeNPs). The materials were sourced primarily from Sigma-Aldrich, including Fu from *Undaria pinnatifida*, Cur from *Curcuma longa*, and various reagents necessary for synthesis and characterization. The preparation of the Fu/NCur/SeNPs nanocomposites involved several steps: first, a gum Arabic (GA) solution was mixed with a curcumin solution, followed by the addition of sodium selenite to synthesize the NCur/SeNPs composite, indicated by a color change to deep brownish-orange. The resulting nanoparticles were characterized using techniques such as UV-vis spectroscopy, which confirmed the successful synthesis of SeNPs, and transmission electron microscopy (TEM), which revealed the size and morphology of the nanoparticles.
The structural characterization was further supported by Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, which identified key functional groups and interactions between the components of the nanocomposite. The analysis showed significant changes in peak intensities and the emergence of new peaks, suggesting successful integration of SeNPs with NCur. Dynamic light scattering (DLS) measurements indicated that the synthesized nanoparticles were negatively charged, which is beneficial for stability and dispersion. The mean diameters of the nanoparticles were reported, with SeNPs averaging 5.17 nm and the NCur/SeNPs composite measuring 38.39 nm, indicating effective encapsulation of SeNPs within the NCur matrix. Overall, the methods employed demonstrate a robust approach to synthesizing and characterizing bioactive nanocomposites for potential applications in cancer treatment.
Results
The study focused on the biosynthesis of NCur/SeNPs (Curcumin/Selenium Nanoparticles) and their conjugation with Fu (presumably a reference to a specific compound or drug) to develop more effective and natural anticancer therapies. The research successfully demonstrated the biosynthesis and characterization of both the nanoparticles (NPs) and the resulting nanocomposites (NCs). These findings suggest a promising avenue for enhancing anticancer treatments through the integration of natural compounds and nanotechnology.
Discussion
In this study, the characterization and anticancer potential of a novel nanocomposite, Fu/NCur/SeNPs, were investigated against colorectal adenocarcinoma cell lines (CaCo-2 and HT-29). The nanocomposite was synthesized and characterized using various techniques, including UV-vis spectroscopy, FTIR, dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscopy (TEM), and scanning electron microscopy (SEM). The results indicated that the nanocomposite exhibited significant cytotoxic effects, with IC50 values of 10.35 mg/L for CaCo-2 and 19.44 mg/L for HT-29, outperforming the standard chemotherapy agent cisplatin.
The study also employed the MTT assay to assess cell viability and the Comet assay to evaluate DNA damage, revealing that treatment with Fu/NCur/SeNPs resulted in substantial DNA damage, evidenced by a tail DNA intensity of 43.32 ± 3.57%. Ultrastructural analysis through TEM and SEM demonstrated notable morphological changes in treated cells, including membrane perforation and the presence of autophagosomes, indicating the induction of apoptosis and autophagy. These findings suggest that the biosynthesized Fu/NCur/SeNPs nanocomposite holds promise as a potent natural anticancer agent for colorectal cancer, warranting further exploration of its therapeutic applications and safety profiles.