DOI: https://doi.org/10.3390/nano15060435
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40137608
تاريخ النشر: 2025-03-12
المؤلف: Nour Bhiri وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة استقرار جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) باستخدام بوليسكاريد، P2، مستخرج من Ononis natrix، للتغلب على التحديات المتعلقة بعدم الاستقرار والتجمع. تم تخليق P2-SeNPs من خلال طريقة خضراء تتضمن سيلينيت الصوديوم، P2، وحمض الأسكوربيك، وتمت ملاحظتها باستخدام تشتت الضوء الديناميكي (DLS)، وميكروسكوب الإلكترون الناقل (TEM)، وطيف الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه (FT-IR)، وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD). أشارت النتائج إلى أن P2-SeNPs كانت لها حجم جزيئي أصغر واستقرار محسّن مقارنةً بـ SeNPs غير المعدلة، حيث أكدت FT-IR وطيف الإلكترون الضوئي للأشعة السينية (XPS) تكوين روابط Se-O التي تسهل الاستقرار.
كشفت تقييمات الاستقرار أن P2-SeNPs حافظت على تشتت جيد عبر ظروف مختلفة، خاصة عند درجات حرارة مبردة ودرجة حموضة محايدة. علاوة على ذلك، أظهرت P2-SeNPs أنشطة مضادة للأكسدة متفوقة، كما يتضح من تحسين تقليل الجذور الحرة DPPH، وتقليل الجذور الحرة ABTS، ونسب تشكل المعادن. تشير هذه النتائج إلى أن تقليل التجمع وحجم P2-SeNPs الأصغر يساهمان في فعاليتها كعوامل مضادة للأكسدة. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على إمكانية استخدام P2-SeNPs كبديل مستقر وفعال للتطبيقات الطبية الحيوية، مع استمرار البحث بهدف تقييم خصائصها المضادة للأكسدة وتوافقها الحيوي بشكل أكبر.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التأثير الكبير للتكنولوجيا النانوية على تطوير الأدوية، خاصة من خلال استخدام جزيئات المعادن النانوية كحاملات للعوامل العلاجية. يتم التأكيد على جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) لخصائصها البيولوجية الفريدة، بما في ذلك عدم السمية والتوافق الحيوي، مما يجعلها مرشحة واعدة في النانوميديسين. ومع ذلك، فإن عدم استقرارها وميولها للتجمع تشكل تحديات لتطبيقها البيولوجي. لتعزيز استقرار وفعالية SeNPs، تم استكشاف مجموعة متنوعة من الجزيئات الكبيرة البيولوجية، وخاصة البوليسكاريدات، كعوامل وظيفية.
تركز هذه الدراسة على البوليسكاريدات المستخرجة من Ononis natrix L.، وهو نبات معروف بخصائصه الطبية، بما في ذلك الأنشطة المضادة للأكسدة والمضادة للبكتيريا. قام الباحثون بتنقية هذه البوليسكاريدات، المشار إليها باسم P2، واستخدموها لاستقرار SeNPs التي تم تخليقها عبر تفاعل أكسدة-اختزال يتضمن سيلينيت الصوديوم وحمض الأسكوربيك. تم توصيف P2-SeNPs الناتجة باستخدام تقنيات متعددة، بما في ذلك تشتت الضوء الديناميكي (DLS) وميكروسكوب الإلكترون الناقل (TEM)، وتم تقييم استقرارها ونشاطها المضاد للأكسدة في المختبر، مما يوفر رؤى حول تطبيقاتها الطبية الحيوية المحتملة.
طرق
في هذه الدراسة، تم استخراج البوليسكاريدات من *O. natrix* باستخدام طريقة نقع في الماء الساخن، مع توثيق التوصيف بالتفصيل سابقًا. استخدم عملية الاستخراج مواد كيميائية متنوعة، بما في ذلك DPPH وABTS، مأخوذة من شركة Sigma Chemical Co.، مع ضمان أن جميع المواد الكيميائية الأخرى كانت من الدرجة التحليلية واستخدمت كما هي.
تشمل المواد التكميلية المرفقة بالبحث كروماتوغرامات GPC، وحراريات TGA للبوليسكاريدات المنقاة (P1 وP2)، وبيانات عن جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) وP2-SeNPs في حالات مختلفة (محضرة حديثًا، مجففة بالتجميد، ومخزنة). بالإضافة إلى ذلك، توفر المعلومات التكميلية تحليل توزيع حجم DLS لجزيئات SeNPs وP2-SeNPs، جنبًا إلى جنب مع جدول يوضح نشاط تقليل الجذور الحرة DPPH، وقدرة تقليل الجذور الحرة ABTS، وقدرة تشكل المعادن للجزيئات النانوية.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى أن الفرضية الرئيسية كانت مدعومة، حيث كشفت التحليلات الإحصائية عن ارتباط قوي بين المتغيرات ذات الاهتمام. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن التدخل أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، كما يتضح من قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى دلالة إحصائية.
بالإضافة إلى ذلك، يتضمن القسم تمثيلات رسومية للبيانات، مثل الرسوم البيانية أو المخططات، التي توضح الاتجاهات والأنماط الملاحظة طوال الدراسة. تكمل هذه المساعدات البصرية النتائج العددية، مما يوفر فهمًا أوضح للعلاقات بين المتغيرات. بشكل عام، تؤكد النتائج فعالية المنهجية المقترحة وتساهم في الجسم المعرفي القائم في هذا المجال.
مناقشة
في هذا القسم، يتم مناقشة تنقية وتوصيف البوليسكاريدات المستخرجة من *O. natrix* وتطبيقها في تخليق جزيئات السيلينيوم النانوية المستقرة (SeNPs). خضعت البوليسكاريدات الخام لعملية تنقية من خطوتين تتضمن كروماتوغرافيا تبادل الأيونات وكروماتوغرافيا ترشيح الهلام، مما أسفر عن فصائل PS1 وPS2 وPS3، حيث أظهرت PS1 أعلى نقاء (98.1% محتوى السكر الكلي). تم تقييم الأوزان الجزيئية للفصائل المنقاة باستخدام كروماتوغرافيا النفاذ الهلامي (GPC)، مما كشف أن PS1 تتكون من فصيلتين متميزتين، بينما PS2 أكثر تجانسًا مع وزن جزيئي أقل يبلغ 30.2 كيلودالتون.
تم إنتاج P2-SeNPs التي تم تخليقها، والمستقرة باستخدام البوليسكاريد المنقى P2، عن طريق تقليل سيلينيت الصوديوم باستخدام حمض الأسكوربيك. أشار تحليل تشتت الضوء الديناميكي (DLS) إلى أن إضافة P2 قللت بشكل كبير من متوسط حجم جزيئات SeNPs، مع ملاحظة الاستقرار الأمثل عند تركيز 4 ملغ/مل، مما أسفر عن حجم جزيئي يبلغ 164.6 نانومتر. أكد ميكروسكوب الإلكترون الناقل (TEM) أن P2-SeNPs أظهرت توزيع حجم أصغر وأكثر تجانسًا مقارنةً بـ SeNPs بدون P2، مما يبرز دور البوليسكاريد في منع التجمع وتعزيز الاستقرار. تؤكد النتائج على إمكانية استخدام البوليسكاريدات كمواد مثبتة للجزيئات النانوية، مما يحسن من توافرها الحيوي وقابليتها للتطبيق في الطب الحيوي.
DOI: https://doi.org/10.3390/nano15060435
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40137608
Publication Date: 2025-03-12
Author(s): Nour Bhiri et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This study investigates the stabilization of selenium nanoparticles (SeNPs) using a polysaccharide, P2, extracted from Ononis natrix, to overcome challenges related to instability and aggregation. The P2-SeNPs were synthesized through a green method involving sodium selenite, P2, and ascorbic acid, and characterized using dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscopy (TEM), Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy, and X-ray diffraction (XRD). The results indicated that P2-SeNPs had a smaller particle size and improved stability compared to unmodified SeNPs, with FT-IR and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) confirming the formation of Se-O bonds that facilitate stabilization.
Stability assessments revealed that P2-SeNPs maintained good dispersion across various conditions, particularly at refrigerated temperatures and neutral pH. Furthermore, P2-SeNPs demonstrated superior antioxidant activities, as evidenced by enhanced DPPH radical scavenging, ABTS radical scavenging, and metal chelation ratios. These findings suggest that the reduced aggregation and smaller size of P2-SeNPs contribute to their effectiveness as antioxidant agents. Overall, the study highlights the potential of P2-SeNPs as a stable and efficient alternative for biomedical applications, with ongoing research aimed at further evaluating their antioxidant properties and biocompatibility.
Introduction
The introduction highlights the significant impact of nanotechnology on drug development, particularly through the use of metal nanoparticles as carriers for therapeutic agents. Selenium nanoparticles (SeNPs) are emphasized for their unique biological properties, including non-toxicity and biocompatibility, which make them promising candidates in nanomedicine. However, their instability and tendency to agglomerate pose challenges for their biological application. To enhance the stability and effectiveness of SeNPs, various biological macromolecules, particularly polysaccharides, have been explored as functionalizing agents.
This study focuses on polysaccharides derived from Ononis natrix L., a plant known for its medicinal properties, including antioxidant and antibacterial activities. The researchers purified and characterized these polysaccharides, referred to as P2, and utilized them to stabilize SeNPs synthesized via a redox reaction involving sodium selenite and ascorbic acid. The resulting P2-SeNPs were characterized using multiple techniques, including dynamic light scattering (DLS) and transmission electron microscopy (TEM), and their stability and in vitro antioxidant activity were evaluated, providing insights into their potential biomedical applications.
Methods
In this study, polysaccharides were extracted from *O. natrix* using a hot water maceration method, with detailed characterization previously documented. The extraction process utilized various chemicals, including DPPH and ABTS, sourced from Sigma Chemical Co., ensuring all other reagents were of analytical grade and used as received.
Supplementary materials accompanying the research include GPC chromatograms, TGA thermograms of the purified polysaccharides (P1 and P2), and data on selenium nanoparticles (SeNPs) and P2-SeNPs in various states (freshly prepared, lyophilized, and stored). Additionally, the supplementary information provides a DLS size distribution analysis of SeNPs and P2-SeNPs, along with a table detailing the DPPH radical scavenging activity, ABTS radical scavenging capacity, and metal chelation ability of the nanoparticles.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates that the primary hypothesis was supported, with statistical analyses revealing a strong correlation between the variables of interest. Specifically, the results demonstrate that the intervention led to a measurable improvement in the dependent variable, as evidenced by a p-value of less than 0.05, indicating statistical significance.
Additionally, the section includes graphical representations of the data, such as plots or charts, which illustrate trends and patterns observed throughout the study. These visual aids complement the numerical findings, providing a clearer understanding of the relationships among the variables. Overall, the results underscore the effectiveness of the proposed methodology and contribute to the existing body of knowledge in the field.
Discussion
In this section, the purification and characterization of polysaccharides extracted from *O. natrix* and their application in synthesizing stabilized selenium nanoparticles (SeNPs) are discussed. The crude polysaccharides underwent a two-step purification process involving ion-exchange chromatography and gel filtration chromatography, yielding fractions PS1, PS2, and PS3, with PS1 showing the highest purity (98.1% total sugar content). The molecular weights of the purified fractions were assessed using gel permeation chromatography (GPC), revealing that PS1 consists of two distinct fractions, while PS2 is more homogeneous with a lower molecular weight of 30.2 kDa.
The synthesized P2-SeNPs, stabilized with the purified polysaccharide P2, were produced by reducing sodium selenite with ascorbic acid. Dynamic light scattering (DLS) analysis indicated that the addition of P2 significantly reduced the average particle size of SeNPs, with optimal stabilization observed at a concentration of 4 mg/mL, resulting in a particle size of 164.6 nm. Transmission electron microscopy (TEM) confirmed that P2-SeNPs exhibited a smaller and more uniform size distribution compared to SeNPs without P2, highlighting the polysaccharide’s role in preventing aggregation and enhancing stability. The findings underscore the potential of using polysaccharides as stabilizers for nanoparticles, improving their bioavailability and applicability in biomedicine.