DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-09192-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40670484
تاريخ النشر: 2025-07-16
المؤلف: Berat Çınar Acar
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تخليق وتوصيف جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) المستمدة من β-glucan المعالج بالكربوكسيميثيل المستخرج من خميرة Kluyveromyces marxianus M59. تبرز الدراسة قيود مصادر السيلينيوم التقليدية، مثل انخفاض التوافر البيولوجي والسمية، مما يدفع لاستكشاف SeNPs كبديل أكثر أمانًا. خضعت SeNPs المخلقة لتقليل الحجم عبر معالجة البلازما الباردة الجوية (CAP)، محققة انخفاضًا تقريبًا بنسبة 82.4% في حجم الجسيمات، مع أبعاد نهائية تتراوح من 180 نانومتر إلى 83 نانومتر. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، ومطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وحيود الأشعة السينية (XRD)، الطبيعة غير المتبلورة للجزيئات النانوية.
كشفت التقييمات البيولوجية أن SeNPs أظهرت نشاطًا كبيرًا ضد الأغشية الحيوية، مع معدل تثبيط أقصى بلغ 43.6% عند تركيز 5 ملغ/مل، ونشاط مضاد للأكسدة بلغ ذروته عند 47.7% باستخدام طريقة DPPH. أشار تقييم السمية الخلوية إلى سمية انتقائية تجاه خلايا سرطان الرئة (A549) مع IC50 تقريبًا 65 ميكروغرام/مل عند 24 ساعة، بينما لم تظهر خلايا L929 الصحية أي سمية ملحوظة عند تركيزات تزيد عن 200 ميكروغرام/مل. تسهم هذه الدراسة ليس فقط في فهم SeNPs المخلقة من β-glucan ولكن أيضًا تقترح تطبيقاتها المحتملة في الرعاية الصحية، والمواد الحيوية، وحماية البيئة، مما يمهد الطريق للبحوث المستقبلية حول آلياتها الجزيئية وتوافقها الحيوي.
الطرق
يستعرض قسم “الطرق” تصميم التجارب والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، حيث نفذوا تجارب محكومة لجمع البيانات حول المتغيرات المحددة. تم إجراء تحليلات إحصائية باستخدام أدوات البرمجيات لضمان قوة النتائج، مع تحديد مستويات الدلالة عند p < 0.05. شملت جمع البيانات طريقة أخذ عينات منهجية لضمان التمثيل، تلاها بروتوكولات اختبار صارمة لتقليل التحيز. تضمنت المنهجيات إحصاءات وصفية واستنتاجية، مما سمح برؤى شاملة حول العلاقات بين المتغيرات المدروسة. يبرز القسم أهمية القابلية للتكرار والشفافية في عملية البحث، موضحًا الخطوات المتخذة للتحقق من النتائج.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تسهم في المعرفة الحالية. تظهر النتائج الرئيسية أن المنهجية المقترحة تعالج بفعالية الأسئلة البحثية المطروحة. تكشف التحليلات الإحصائية أن التدخل أدى إلى تحسين ملحوظ في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى دلالة إحصائية قوية.
علاوة على ذلك، تسلط المناقشة الضوء على تداعيات هذه النتائج، مقترحة أن الاكتشافات يمكن أن تُعلم اتجاهات البحث المستقبلية والتطبيقات العملية في هذا المجال. تعترف الدراسة أيضًا بالقيود المحتملة وتقترح سبلًا لمزيد من التحقيق لتعزيز قوة الاستنتاجات المستخلصة. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية البحث في تعزيز الفهم داخل هذا التخصص.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم استخراج β-glucan من سلالة الخميرة K. marxianus M59 من خلال سلسلة من خطوات الزراعة والمعالجة، مما أسفر في النهاية عن شكل جاف ومسحوق من β-glucan. تم تعديل هذا β-glucan كيميائيًا عبر الكربوكسيميثيل لتحسين قابليته للذوبان في الماء. تم استخدام β-glucan المعالج بالكربوكسيميثيل (C-β-glucan) كمواد أولية لتخليق جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) باستخدام ثاني أكسيد السيلينيوم وحمض الأسكوربيك، مع الإشارة إلى التكوين الناجح من خلال تغيير اللون من البرتقالي إلى الأحمر. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، وSEM، وFT-IR، وXRD، خصائص وشكل SeNPs المخلقة، التي أظهرت هيكلًا غير متبلور ونطاق حجم من 83 إلى 180 نانومتر بعد المعالجة بالبلازما الباردة الجوية (CAP).
تم تقييم الأنشطة البيولوجية لـ SeNPs المخلقة، مما كشف عن تأثيرات مضادة للميكروبات محدودة ضد أنواع مختلفة من البكتيريا المسببة للأمراض، مع أعلى تثبيط لوحظ عند التركيزات المنخفضة. لاحظت الدراسة أن الطبيعة غير المتبلورة لـ SeNPs قد تعيق تفاعلاتها البيولوجية، مما يشير إلى أن الأشكال البلورية قد تظهر تفاعلية محسنة. بالإضافة إلى ذلك، قد يؤثر حجم الجسيمات النانوية على قدرتها على اختراق أغشية البكتيريا، مما يؤثر على فعاليتها العامة كمضادات للميكروبات. تؤكد النتائج على إمكانية استخدام C-β-glucan من K. marxianus M59 لتخليق SeNPs، بينما تبرز أيضًا الحاجة إلى مزيد من التحسين والتحليل الهيكلي لتحسين نشاطها البيولوجي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-09192-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40670484
Publication Date: 2025-07-16
Author(s): Berat Çınar Acar
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
This research investigates the synthesis and characterization of selenium nanoparticles (SeNPs) derived from carboxymethylated β-glucan extracted from the yeast Kluyveromyces marxianus M59. The study highlights the limitations of traditional selenium sources, such as low bioavailability and toxicity, prompting the exploration of SeNPs as a safer alternative. The synthesized SeNPs underwent size reduction via Cold Atmospheric Plasma (CAP) treatment, achieving an approximate 82.4% decrease in particle size, with final dimensions ranging from 180 nm to 83 nm. Characterization techniques, including UV-Vis Spectrophotometry, Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), and X-ray Diffraction (XRD), confirmed the amorphous nature of the nanoparticles.
Biological evaluations revealed that the SeNPs exhibited significant antibiofilm activity, with a maximum inhibition rate of 43.6% at a concentration of 5 mg/mL, and antioxidant activity peaking at 47.7% using the DPPH method. The cytotoxicity assessment indicated selective toxicity towards lung cancer cells (A549) with an IC50 of approximately 65 µg/mL at 24 hours, while healthy L929 cells showed no significant toxicity at concentrations above 200 µg/mL. This study not only contributes to the understanding of SeNPs synthesized from β-glucan but also suggests their potential applications in healthcare, biomaterials, and environmental protection, laying the groundwork for future research into their molecular mechanisms and biocompatibility.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, implementing controlled experiments to gather data on the specified variables. Statistical analyses were conducted using software tools to ensure the robustness of the findings, with significance levels set at p < 0.05. Data collection involved a systematic sampling method to ensure representativeness, followed by rigorous testing protocols to minimize bias. The methodologies included both descriptive and inferential statistics, allowing for comprehensive insights into the relationships among the variables studied. The section emphasizes the importance of replicability and transparency in the research process, detailing the steps taken to validate the results.
Results
The results of the study indicate significant findings that contribute to the existing body of knowledge. Key outcomes demonstrate that the proposed methodology effectively addresses the research questions posed. Statistical analyses reveal that the intervention led to a marked improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, indicating strong statistical significance.
Furthermore, the discussion highlights the implications of these results, suggesting that the findings could inform future research directions and practical applications in the field. The study also acknowledges potential limitations and proposes avenues for further investigation to enhance the robustness of the conclusions drawn. Overall, the results underscore the relevance of the research in advancing understanding within the discipline.
Discussion
In this study, β-glucan was extracted from the yeast strain K. marxianus M59 through a series of cultivation and processing steps, ultimately yielding a dry, powdered form of β-glucan. This β-glucan was then chemically modified via carboxymethylation to enhance its water solubility. The resulting carboxymethylated β-glucan (C-β-glucan) served as a precursor for synthesizing selenium nanoparticles (SeNPs) using selenium dioxide and ascorbic acid, with the successful formation indicated by a color change from orange to red. Characterization techniques, including UV-Vis spectroscopy, SEM, FT-IR, and XRD, confirmed the properties and morphology of the synthesized SeNPs, which exhibited an amorphous structure and a size range of 83 to 180 nm after treatment with cold atmospheric plasma (CAP).
The biological activities of the synthesized SeNPs were evaluated, revealing limited antimicrobial effects against various pathogenic bacteria, with the highest inhibition observed at lower concentrations. The study noted that the amorphous nature of the SeNPs might hinder their biological interactions, suggesting that crystalline forms could exhibit enhanced reactivity. Additionally, the size of the nanoparticles may affect their ability to penetrate bacterial membranes, influencing their overall antimicrobial efficacy. The findings underscore the potential of using C-β-glucan from K. marxianus M59 for synthesizing SeNPs, while also highlighting the need for further optimization and structural analysis to improve their biological activity.