DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1358467
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38468852
تاريخ النشر: 2024-02-26
المؤلف: Balaji Thirupathi وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في الخصائص المضادة للسرطان للجزيئات النانوية ثنائية المعدن (NPs) التي تم تصنيعها من الطحالب البنية Padina boergesenii، مع التركيز بشكل خاص على جزيئات السيلينيوم-أكسيد الزنك (Se-ZnO) NPs. شملت عملية التصنيع استخدام مستخلص مائي من الطحالب، وتمت دراسة الجزيئات النانوية الناتجة من خلال تقنيات مختلفة، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية-المرئية، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، والمجهر الإلكتروني الماسح-مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (SEM-EDS)، والمجهر الإلكتروني الناقل عالي الدقة (HRTEM). كشفت عملية التوصيف عن قمم امتصاص عند 342 نانومتر و370 نانومتر، مع متوسط حجم NP يبلغ 26.14 نانومتر. تم تقييم النشاط المضاد للسرطان باستخدام اختبار MTT، مما أظهر قيم IC50 تبلغ 67.9 ميكروغرام/مل ضد خلايا سرطان الثدي MCF-7 و74.9 ميكروغرام/مل ضد خلايا هيبغ 2 HepG2، مما يشير إلى آثار سامة خلوية كبيرة.
تسلط الدراسة الضوء على إمكانيات جزيئات Se-ZnO NPs كبديل فعال من حيث التكلفة ومتوافق حيوياً لعلاج السرطان، مستفيدة من المركبات النشطة بيولوجياً من الطحالب التي تساهم في استقرار وفعالية الجزيئات النانوية. يُقترح أن وجود المركبات البوليفينولية في المستخلص الطحلبي قد يعزز النشاط المضاد للسرطان، حيث تعمل كعوامل وقائية كيميائية ومضادات أكسدة. بشكل عام، تدعم النتائج استخدام طرق التصنيع الصديقة للبيئة لتطوير تركيبات علاجية يمكن أن تكون بدائل لمثبطات السرطان الاصطناعية، مما يبرز الدور الواعد للجزيئات النانوية ثنائية المعدن في علاج السرطان.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على التقدم في علم المواد وتكنولوجيا النانو، لا سيما في تصنيع الجزيئات النانوية المعدنية المستقرة، والتي لها تطبيقات متنوعة في المجالات الكيميائية والدوائية والطبية. تميز بين الجزيئات النانوية العضوية وغير العضوية، مشيرة إلى أنه بينما تكون الأنواع العضوية قابلة للتحلل وغير سامة، فإن الجزيئات النانوية غير العضوية تقدم استقراراً أكبر. تم انتقاد الطرق التقليدية لتصنيع الجزيئات النانوية، مثل الأساليب من الأعلى إلى الأسفل ومن الأسفل إلى الأعلى، بسبب تأثيرها البيئي وتكلفتها. بالمقابل، تُقدم طرق التصنيع الخضراء التي تستخدم حلول سابقة معدنية وعوامل مختزلة كبدائل أكثر أماناً وفعالية من حيث التكلفة.
تؤكد الورقة على أهمية الجزيئات النانوية ثنائية المعدن (BNPs) في التطبيقات الطبية الحيوية، خاصة لعلاج السرطان. تظهر BNPs خصائص معززة بسبب التأثيرات التآزرية للمعادن المدمجة، مما يجعلها فعالة في توصيل الأدوية والتصوير الحيوي. تناقش المقدمة إمكانيات الجزيئات النانوية، وخاصة جزيئات السيلينيوم والزنك، لتحفيز موت الخلايا المبرمج في خلايا السرطان ومنع تكاثرها. تهدف الدراسة إلى استكشاف التوافق الحيوي والفعالية المدمجة لجزيئات السيلينيوم والزنك المصنعة من مستخلص *Padina boergesenii* ضد خطوط خلايا سرطان الثدي (MCF7) والكبد (HepG2)، وبالتالي المساهمة في تطوير استراتيجيات علاجية جديدة في علاج السرطان.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تحقيق تصنيع جزيئات السيلينيوم-أكسيد الزنك (Se-ZnO NPs) بنجاح باستخدام طريقة الاستخراج الخضراء من الطحالب الكبيرة Padina boergesenii، التي تم جمعها من منطقة ماندا بام الساحلية في تاميل نادو، الهند. شملت عملية التصنيع تقليل سابقي المعادن (أسيتات الزنك وسيلينيت الصوديوم) باستخدام المركبات النشطة بيولوجياً الموجودة في مستخلص الطحالب، والتي عملت كعوامل مختزلة ومستقرة. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية-المرئية، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وتحليل الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، على التكوين الناجح وخصائص الجزيئات النانوية. عرضت جزيئات Se-ZnO NPs المصنعة حجمًا يقارب 26.13 نانومتر وأظهرت استقرارًا مع جهد زتا قدره -16.4 مللي فولت.
تم تقييم النشاط المضاد للسرطان للجزيئات النانوية المصنعة ضد خطوط خلايا سرطان الثدي MCF-7 وخلايا سرطان الكبد HepG2، مما أسفر عن قيم IC50 تبلغ 67.9 ميكروغرام/مل و79.15 ميكروغرام/مل، على التوالي. تشير هذه القيم إلى آثار سامة خلوية كبيرة، خاصة عند مقارنتها بالعوامل الكيميائية العلاجية القياسية، 5-فلورويوراسيل وديوكسوروبيسين. تشير النتائج إلى أن المركبات النشطة بيولوجياً في مستخلص الطحالب، وخاصة البوليفينولات، قد تعزز الفعالية المضادة للسرطان للجزيئات النانوية. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على إمكانيات جزيئات Se-ZnO NPs كبديل فعال من حيث التكلفة وصديق للبيئة لعلاج السرطان، مما يبرز دورها المزدوج في إظهار الخصائص الفيزيائية والبيولوجية المناسبة للتطبيقات العلاجية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2024.1358467
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38468852
Publication Date: 2024-02-26
Author(s): Balaji Thirupathi et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
The research investigates the anticancer properties of bimetallic nanoparticles (NPs) synthesized from the brown algae Padina boergesenii, specifically focusing on selenium-zinc oxide (Se-ZnO) NPs. The synthesis involved using an aqueous extract of the algae, and the resulting NPs were characterized through various techniques, including UV-Vis spectroscopy, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS), and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). The characterization revealed absorbance peaks at 342 nm and 370 nm, with an average NP size of 26.14 nm. Anticancer activity was assessed using the MTT assay, demonstrating IC50 values of 67.9 µg/ml against MCF-7 breast cancer cells and 74.9 µg/ml against HepG2 hepatoblastoma cells, indicating significant cytotoxic effects.
The study highlights the potential of Se-ZnO NPs as a cost-effective and biocompatible alternative for cancer therapy, leveraging the bioactive compounds from the algae that contribute to the stability and efficacy of the nanoparticles. The presence of polyphenolic compounds in the algal extract is suggested to enhance the anticancer activity, acting as chemopreventive agents and antioxidants. Overall, the findings support the use of eco-friendly synthesis methods for developing therapeutic formulations that could serve as alternatives to synthetic cancer inhibitors, emphasizing the promising role of bimetallic nanoparticles in cancer treatment.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the advancements in material science and nanotechnology, particularly in the fabrication of stable metallic nanoparticles, which have diverse applications across chemical, pharmacological, and medical fields. It distinguishes between organic and inorganic nanoparticles, noting that while organic variants are biodegradable and non-toxic, inorganic nanoparticles offer greater stability. Traditional methods of nanoparticle synthesis, such as top-down and bottom-up approaches, have been criticized for their environmental impact and cost. In contrast, green synthesis methods utilizing metal precursor solutions and reducing agents are presented as safer, more cost-effective alternatives.
The paper emphasizes the significance of bimetallic nanoparticles (BNPs) in biomedical applications, particularly for cancer treatment. BNPs exhibit enhanced properties due to the synergistic effects of the combined metals, making them effective in drug delivery and bio-imaging. The introduction discusses the potential of nanoparticles, specifically selenium and zinc nanoparticles, to induce apoptosis in cancer cells and inhibit their proliferation. The study aims to explore the combined biocompatibility and efficacy of selenium and zinc nanoparticles synthesized from the extract of *Padina boergesenii* against breast (MCF7) and liver (HepG2) cancer cell lines, thereby contributing to the development of novel therapeutic strategies in cancer treatment.
Discussion
In this study, the synthesis of selenium-zinc oxide nanoparticles (Se-ZnO NPs) was successfully achieved using the green extraction method from the macroalga Padina boergesenii, collected from the Mandapam coastal region of Tamil Nadu, India. The synthesis involved the reduction of metal precursors (zinc acetate and sodium selenite) using the bioactive compounds present in the seaweed extract, which acted as both reducing and stabilizing agents. Characterization techniques, including UV-visible spectrophotometry, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM), confirmed the successful formation and properties of the nanoparticles. The synthesized Se-ZnO NPs exhibited a size of approximately 26.13 nm and demonstrated stability with a zeta potential of -16.4 mV.
The anti-cancer activity of the synthesized nanoparticles was evaluated against MCF-7 breast cancer and HepG2 liver cancer cell lines, yielding IC50 values of 67.9 μg/mL and 79.15 μg/mL, respectively. These values indicate significant cytotoxic effects, particularly when compared to standard chemotherapeutic agents, 5-fluorouracil and doxorubicin. The results suggest that the bioactive compounds in the seaweed extract, particularly polyphenols, may enhance the anti-cancer efficacy of the nanoparticles. Overall, the study highlights the potential of Se-ZnO NPs as a cost-effective and environmentally friendly alternative for cancer therapeutics, emphasizing their dual role in exhibiting both physical and biological properties conducive to therapeutic applications.