DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-52982-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38291218
تاريخ النشر: 2024-01-31
المؤلف: Abeer I. M. EL‐Sayed وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في خصائص وإمكانات العلاج لجزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) المصنعة من الفطر *Penicillium tardochrysogenum* OR059437 (PeSeNPs). أكدت تقنيات التوصيف مثل المجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، وتحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، وطيف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وتحليل الجهد الزتاوي استقرار وسلامة هيكل PeSeNPs، التي أظهرت متوسط حجم جزيئات يتراوح بين 60.21 إلى 104.41 نانومتر. تم قياس النشاط المضاد للأكسدة لـ PeSeNPs بقيمة IC50 تبلغ 109.11 ميكروغرام/مل باستخدام اختبار التقاط الجذور الحرة DPPH. علاوة على ذلك، أظهرت PeSeNPs تأثيرات مضادة للميكروبات ملحوظة ضد مسببات الأمراض المختلفة، بما في ذلك *Penicillium italicum*، والمكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA)، و*Porphyromonas gingivalis*، مع تركيزات مثبطة دنيا (MIC) تتراوح من 500 إلى 1000 ميكروغرام/مل.
كشفت الدراسات الحية أن PeSeNPs، سواء بمفردها أو بالتزامن مع مصباح العلاج الطبيعي بالأشعة تحت الحمراء، أظهرت خصائص مضادة للسرطان قوية ضد سرطان الصفاق إيرليش. أسفرت العلاج المركب عن تقليل كبير في حجم الورم، مع ملاحظة نخر وموت خلايا في خلايا الورم، إلى جانب تحسين مؤشرات وظائف الكبد والكلى. تشير هذه النتائج إلى أن PeSeNPs يمكن أن تعمل كعوامل فعالة مضادة للسرطان وخيارات علاج ضوئي حراري، مما يوفر سمية أقل وفعالية أعلى مقارنة بالعلاجات التقليدية. تبرز الدراسة إمكانات تكنولوجيا النانو الميكروبية في تطوير مواد نانوية صديقة للبيئة وفعالة للتطبيقات الطبية.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخدام 50 فأرًا من نوع سويسري أبيض، يبلغ عمره حوالي ثمانية أسابيع ويزن بين 20-25 جرام، للتحقيق في تأثيرات العلاجات المختلفة على سرطان الصفاق إيرليش. تمت الموافقة على جميع البروتوكولات التجريبية من قبل لجنة أخلاقيات البحث العلمي في جامعة دمنهور، وتم الحفاظ على الفئران في ظروف محكومة مع دورة ضوء/ظلام مدتها 12 ساعة. تم تلقيح الفئران بـ 0.2 مل من سرطان الصفاق إيرليش، مما أدى إلى أحجام أورام تتراوح بين 0.7 إلى 1 سم³.
تم تقسيم الفئران عشوائيًا إلى خمس مجموعات، تتكون كل منها من عشرة فئران. كانت المجموعة 1 بمثابة التحكم السلبي (فئران غير حاملة للورم) وتلقت 0.5 مل من محلول ملحي يوميًا. كانت المجموعة 2 تتكون من فئران حاملة للورم لم تتلق أي علاج، مما جعلها التحكم الإيجابي. خضعت المجموعة 3 لعلاج بالأشعة تحت الحمراء بكثافة طاقة تبلغ 140 مللي واط/سم² لمدة دقيقتين على مدى أسبوعين. تلقت المجموعة 4 225 ميكروغرام من PeSe-NPs لكل كيلوجرام من وزن الجسم لنفس المدة. أخيرًا، تم علاج المجموعة 5 بـ PeSe-NPs كما في المجموعة 4، تلتها التعرض للأشعة تحت الحمراء كما في المجموعة 3. يهدف هذا التصميم التجريبي إلى تقييم فعالية العلاج بالأشعة تحت الحمراء وPeSe-NPs في إدارة الأورام.
نتائج
يقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من البيانات التجريبية. تشير التحليلات إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات المستقلة والتأثيرات الملحوظة، مع وجود دلالة إحصائية تم تأسيسها عند قيمة p أقل من 0.05. من الجدير بالذكر أن النتائج تظهر أن التدخل أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، مما يشير إلى أن الفرضية المقترحة مدعومة بالأدلة.
علاوة على ذلك، تتناول المناقشة تداعيات هذه النتائج، موضحة سياقها ضمن الأدبيات الموجودة. لا تعزز النتائج الدراسات السابقة فحسب، بل تقدم أيضًا رؤى جديدة حول الآليات الكامنة وراء الظواهر الملحوظة. تم الاعتراف بحدود الدراسة، وتم اقتراح اتجاهات البحث المستقبلية لاستكشاف تداعيات هذه النتائج في سياقات أوسع.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تحديد فطر معزول من عينات التربة في الإسكندرية، مصر، واستخدامه في التخليق الحيوي لجزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs). تضمنت عملية العزل زراعة الفطر على أجار سابورود دكستروز وإجراء تسلسل الحمض النووي باستخدام جين 28S rRNA، مما أكد هوية الفطر كـ *Penicillium tardochrysogenum* OR059437. تم تحقيق تخليق SeNPs عن طريق معالجة مرشح الثقافة الفطرية مع سيلينيت الصوديوم، مما أدى إلى تغيير في اللون يدل على تكوين الجسيمات النانوية. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك طيف الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وتحليل الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، نجاح التخليق وقدمت رؤى حول الحجم والشكل والتركيب العنصري للجسيمات النانوية.
تم تقييم النشاط المضاد للأكسدة والنشاط المضاد للميكروبات لـ PeSeNPs التي تم تخليقها. أظهرت الجسيمات النانوية نشاطًا ملحوظًا في التقاط الجذور الحرة DPPH، مع IC50 تبلغ 109.11 ± 3.62 ميكروغرام/مل، مما يدل على إمكانات قوية مضادة للأكسدة. أظهرت الاختبارات المضادة للميكروبات أن PeSeNPs كان لها تأثيرات مثبطة ملحوظة ضد سلالات فطرية معينة، وخاصة *Penicillium italicum*، وأظهرت نشاطًا مضادًا للبكتيريا ضد *Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus* (MRSA) و*Porphyromonas gingivalis*. تبرز الدراسة إمكانات PeSeNPs المصنعة من الفطريات كعوامل فعالة للتطبيقات المضادة للأكسدة والمضادة للميكروبات، مما يشير إلى فائدتها في المجالات الطبية الحيوية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-52982-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38291218
Publication Date: 2024-01-31
Author(s): Abeer I. M. EL‐Sayed et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This research investigates the properties and therapeutic potential of myco-fabricated selenium nanoparticles (SeNPs) synthesized from the fungus *Penicillium tardochrysogenum* OR059437 (PeSeNPs). Characterization techniques such as Transmission Electron Microscopy (TEM), Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), UV-Vis spectrophotometry, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), and zeta potential analysis confirmed the stability and structural integrity of PeSeNPs, which exhibited an average particle size of 60.21 to 104.41 nm. The antioxidant activity of PeSeNPs was quantified with an IC50 value of 109.11 μg/mL using the DPPH free radical scavenging assay. Furthermore, PeSeNPs demonstrated significant antimicrobial effects against various pathogens, including *Penicillium italicum*, Methicillin-Resistant *Staphylococcus aureus* (MRSA), and *Porphyromonas gingivalis*, with minimum inhibitory concentrations (MIC) ranging from 500 to 1000 µg/mL.
In vivo studies revealed that PeSeNPs, both alone and in conjunction with a near-infrared physiotherapy lamp, exhibited potent anticancer properties against Ehrlich’s ascites carcinoma. The combination therapy resulted in a substantial reduction in tumor volume, with observed necrosis and cell death in tumor cells, alongside improvements in liver and renal function indicators. These findings suggest that PeSeNPs could serve as effective anticancer agents and photothermal treatment options, offering lower toxicity and higher efficacy compared to conventional therapies. The study highlights the potential of microbial nanotechnology in developing environmentally friendly and effective nanomaterials for medical applications.
Methods
In this study, 50 male Swiss albino mice, aged approximately eight weeks and weighing between 20-25 g, were utilized to investigate the effects of various treatments on Ehrlich ascites carcinoma. All experimental protocols were approved by the Scientific Research Ethics Committee at Damanhour University, and the mice were maintained under controlled conditions with a 12-hour light/dark cycle. The mice were inoculated with 0.2 ml of Ehrlich ascites carcinoma, resulting in tumor volumes ranging from 0.7 to 1 cm³.
The mice were randomly divided into five groups, each consisting of ten mice. Group 1 served as the negative control (non-tumor bearing mice) and received 0.5 ml of saline solution daily. Group 2 consisted of tumor-bearing mice that received no treatment, serving as the positive control. Group 3 underwent infrared radiation therapy at a power density of 140 mW/cm² for 2 minutes over two weeks. Group 4 received 225 µg of PeSe-NPs per kg of body weight for the same duration. Finally, Group 5 was treated with PeSe-NPs as in Group 4, followed by exposure to infrared radiation as in Group 3. This experimental design aims to evaluate the efficacy of infrared therapy and PeSe-NPs in tumor management.
Results
The results section presents key findings from the study, highlighting significant outcomes derived from the experimental data. The analysis indicates a strong correlation between the independent variables and the observed effects, with statistical significance established at a p-value of less than 0.05. Notably, the results demonstrate that the intervention led to a measurable improvement in the dependent variable, suggesting that the proposed hypothesis is supported by the evidence.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings, contextualizing them within the existing literature. The results not only reinforce previous studies but also offer new insights into the mechanisms underlying the observed phenomena. Limitations of the study are acknowledged, and future research directions are proposed to further explore the implications of these findings in broader contexts.
Discussion
In this study, a fungus isolated from soil samples in Alexandria, Egypt, was identified and utilized for the biosynthesis of selenium nanoparticles (SeNPs). The isolation process involved culturing the fungus on Sabouraud dextrose agar and conducting DNA sequencing using the 28S rRNA gene, which confirmed the identity of the fungus as *Penicillium tardochrysogenum* OR059437. The synthesis of SeNPs was achieved by treating the fungal culture filtrate with sodium selenite, resulting in a color change indicative of nanoparticle formation. Characterization techniques, including UV-Vis spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM), Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy, and energy dispersive X-ray (EDX) analysis, confirmed the successful synthesis and provided insights into the size, shape, and elemental composition of the nanoparticles.
The antioxidant and antimicrobial activities of the synthesized PeSeNPs were evaluated. The nanoparticles exhibited significant DPPH radical scavenging activity, with an IC50 of 109.11 ± 3.62 µg/ml, indicating strong antioxidant potential. Antimicrobial assays demonstrated that PeSeNPs had notable inhibitory effects against specific fungal strains, particularly *Penicillium italicum*, and exhibited antibacterial activity against *Methicillin-Resistant Staphylococcus aureus* (MRSA) and *Porphyromonas gingivalis*. The study highlights the potential of myco-synthesized SeNPs as effective agents for antioxidant and antimicrobial applications, suggesting their utility in biomedical fields.