DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-48760-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42062330
تاريخ النشر: 2026-04-30
المؤلف: Shwetha B. Nagarajan وآخرون
الموضوع الرئيسي: العوامل المضادة للميكروبات والتطبيقات
نظرة عامة
تتناول هذه الدراسة التحديات السريرية الملحة التي تطرحها العدوى التنفسية المكتسبة من المستشفيات وسرطان الرئة من خلال تطوير مواد متعددة الوظائف مستدامة. نجح الباحثون في تخليق جزيئات نانوية صديقة للبيئة من السيلينيوم (Se) (SeNPs) وجزيئات نانوية من ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) وجزيئات نانوية ثنائية المعدن من البالاديوم والذهب (Pd-Au) (BMNPs) باستخدام مستخلصات مائية من نبات الشمر (Trachyspermum ammi) والقرنفل (Syzygium aromaticum)، تلاها تغليف في مصفوفات بوليمرية من الألجينات لتعزيز الاستقرار والنشاط الحيوي. أكدت تقنيات توصيف الهيكل، بما في ذلك UV-Vis وFTIR وXRD وDLS وTEM وSEM، تشكيل واستقرار هذه الجزيئات النانوية.
أظهرت اختبارات مضادات الميكروبات أن SeNPs أظهرت نشاطًا مضادًا للبكتيريا قويًا ضد سلالات مختلفة، بما في ذلك Klebsiella pneumoniae وMRSA، مع مناطق تثبيط تتراوح بين 20-21 مم، والتي انخفضت عند التغليف. أظهرت جزيئات TiO₂ النانوية تأثيرات مضادة للبكتيريا معتدلة، بينما حافظت جزيئات Pd-Au BMNPs على فعاليتها ضد السلالات المقاومة للأدوية المتعددة. أشارت اختبارات الحد الأدنى من التركيز المثبط (MIC) إلى أكثر من 90% من قمع البكتيريا عند 100 ميكروغرام/مل لجميع الجزيئات النانوية. علاوة على ذلك، كشفت التقييمات المضادة للسرطان أن جزيئات Se وTiO₂ النانوية حفزت موت الخلايا المبرمج المعتمد على الجرعة في خلايا سرطان الغدة الرئوية A549، بينما أظهرت توافقًا حيويًا عاليًا مع خلايا ليفية L929. أظهرت المركبات النانوية Pd-Au سمية خلوية كبيرة ضد خلايا A549 (IC₅₀ ≈ 30-40 ميكروغرام/مل) مع تأثير ضئيل على الخلايا الليفية. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على إمكانيات هذه الجزيئات النانوية الخضراء كعوامل ثيرانوستيك ذات وظائف مزدوجة، مما يستدعي مزيدًا من الدراسات الآلية والدراسات الحية للتطبيقات السريرية.
مقدمة
**مقدمة**
تمثل الالتهاب الرئوي المكتسب من المستشفيات، وخاصة الشائع في وحدات العناية المركزة (ICUs)، تحديًا كبيرًا في العدوى المكتسبة من المستشفيات، حيث يعد الالتهاب الرئوي المرتبط بالتهوية (VAP) هو الأكثر شيوعًا. يواجه المرضى الذين يتلقون تهوية ميكانيكية لأكثر من 48 ساعة خطرًا متزايدًا للإصابة بـ VAP، مع معدلات حدوث تتراوح بين 10% إلى 20% ومعدلات وفيات مرتبطة تتراوح بين 15% و50%. على الرغم من التقدم في العلاجات المضادة للميكروبات وممارسات الرعاية الحرجة، يُعزى استمرار هذه العدوى إلى ضعف أنظمة المناعة لدى المرضى وسهولة تسلل مسببات الأمراض إلى الجهاز التنفسي السفلي.
ترتبط آلية حدوث الالتهاب الرئوي المكتسب من المستشفيات (NP)، المعروف أيضًا بالالتهاب الرئوي المكتسب من المستشفيات (HAP)، بشكل أساسي بالميكرو-استنشاق للبكتيريا التي تستعمر الجهاز الهضمي العلوي والبلعوم. تتفاقم هذه العملية بسبب الاستجابات المناعية الضعيفة والدفاعات الرئوية المنقوصة نتيجة للأمراض المزمنة والتدخلات الغازية مثل التهوية الميكانيكية. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاستخدام المتكرر للمضادات الحيوية في المستشفيات يعزز ظهور مسببات الأمراض المقاومة للأدوية المتعددة. آلية رئيسية تدفع تطور NP/VAP هي الميكرو-استنشاق، خاصة في المرضى المهدئين أو الذين تم تنبيبهم، حيث تكون ردود أفعال مجرى الهواء لديهم معطلة بشكل كبير.
طرق البحث
في هذه الدراسة، كانت جميع المواد الكيميائية المستخدمة من الدرجة التحليلية وتم استخدامها دون مزيد من التنقية. تضمنت المواد الكيميائية الرئيسية هيدروجين تتراكلوروذهب (HAuCl₄) وكلوريد البالاديوم (II) (PdCl₂) وتيتانيوم تيترا إيزوبروبوكسايد (TTIP) وسيلينيت الصوديوم (Na₂SeO₃)، والتي تم الحصول عليها من HiMedia وSigma-Aldrich Chemicals. كانت السلالات البكتيرية المستخدمة في التجارب هي Klebsiella pneumoniae (ATCC 13883) وStaphylococcus aureus المقاوم للميثيسيلين (MRSA، ATCC 43300) وStreptococcus pneumoniae (ATCC 6305) وHaemophilus parainfluenzae (ATCC 9796) وAcinetobacter baumannii (ATCC 19606)، والتي تم الحصول عليها من مجموعة الثقافة الأمريكية (ATCC).
بالإضافة إلى ذلك، تم جمع أوراق الشمر الطازجة (Trachyspermum ammi) وبراعم القرنفل المجففة (Syzygium aromaticum) من الأسواق المحلية في تشيناي، الهند. تم تعقيم جميع الزجاجيات باستخدام ماء مزدوج التقطير وتجفيفها في الفرن قبل التجارب. استخدمت الدراسة أيضًا خط خلايا ليفية طبيعي L929 وخط خلايا سرطان الغدة الرئوية البشرية A549، وكلاهما تم الحصول عليه من المركز الوطني لعلوم الخلايا (NCCS) وتم الحفاظ عليه في النيتروجين السائل في حالة بخارية حتى الحاجة لاستخدامه.
النتائج
تؤكد النتائج من تحليل الطيف الضوئي المرئي-الأشعة فوق البنفسجية على التخليق الناجح والخصائص البصرية لمختلف الجزيئات النانوية المعدنية (MNPs). أظهرت جزيئات السيلينيوم النانوية (MNPs) ذروة امتصاص كبيرة عند 395 نانومتر، مما يدل على الرنين البلازمي السطحي، بينما أظهرت جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) النانوية ذروة عند 360 نانومتر، متوافقة مع انتقالات فجوة الطاقة لـ TiO₂. تؤكد هذه الملاحظات فعالية طرق التخليق الخضراء وتكشف عن سلوكيات محددة للمرحلة للجزيئات النانوية.
بالإضافة إلى ذلك، عرضت جزيئات Pd-Au النانوية ثنائية المعدن ذروتين متميزتين عند 260 نانومتر و305 نانومتر، المرتبطتين بانتقالات بين الحزم وتكوين السبيكة. بالمقابل، أظهرت جزيئات البالاديوم (Pd) النانوية ذروة حول 385 نانومتر، تُعزى إلى انتقالات d-d، بينما أظهرت جزيئات الذهب (Au) النانوية ذروة عند طول موجي مختلف. تعزز هذه النتائج مجتمعة الفهم للخصائص البصرية وعمليات التخليق للجزيئات النانوية المدروسة.
المناقشة
في قسم المناقشة من ورقة البحث، يبرز المؤلفون العوامل المتعددة التي تسهم في خطر الالتهاب الرئوي المكتسب من المستشفيات (NP) والالتهاب الرئوي المرتبط بالتهوية (VAP). يسهل الاستشفاء المطول واستخدام الأجهزة الطبية، مثل أنابيب التنفس، استعمار مسببات الأمراض في الممرات الهوائية العلوية والمعدة، مما يزيد من احتمال حدوث عدوى في الجهاز التنفسي السفلي. المرضى الذين يعانون من ضعف في أنظمة المناعة، أو سوء التغذية، أو الأمراض المزمنة هم عرضة بشكل خاص بسبب ضعف الدفاعات الرئوية. تشمل المسببات الرئيسية المحددة البكتيريا سالبة الجرام، بما في ذلك السلالات المقاومة للأدوية المتعددة مثل *Pseudomonas aeruginosa* و*Acinetobacter spp.*، مما يستدعي العلاج بالمضادات الحيوية المبكر والمناسب.
كما يؤكد المؤلفون على أهمية التدابير الوقائية في البيئات السريرية، مثل رفع رأس السرير للمرضى الذين يتلقون التهوية، ومراقبة المتبقيات المعدية، وتطبيق ممارسات النظافة الجيدة. يقترحون أن التدخلات مثل العلاج الطبيعي للصدر واستخدام المضادات الحيوية غير القابلة للامتصاص للتنظيف الهضمي يمكن أن تقلل من خطر NP. تؤكد المناقشة على الحاجة إلى نهج شامل لإدارة والوقاية من الالتهاب الرئوي في المرضى المقيمين في المستشفى، وخاصة أولئك الذين يحتاجون إلى تهوية ميكانيكية، لتحسين نتائج المرضى ومكافحة مقاومة المضادات الحيوية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-48760-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/42062330
Publication Date: 2026-04-30
Author(s): Shwetha B. Nagarajan et al.
Primary Topic: Antimicrobial agents and applications
Overview
This study addresses the pressing clinical challenges posed by nosocomial respiratory infections and lung cancer through the development of sustainable multifunctional materials. The researchers successfully synthesized eco-friendly selenium (Se) nanoparticles (SeNPs), titanium dioxide (TiO₂) nanoparticles, and palladium-gold (Pd-Au) bimetallic nanoparticles (BMNPs) using aqueous extracts of Trachyspermum ammi and Syzygium aromaticum, followed by encapsulation in alginate biopolymer matrices to enhance stability and bioactivity. Structural characterization techniques, including UV-Vis, FTIR, XRD, DLS, TEM, and SEM, confirmed the formation and stability of these nanoparticles.
Antimicrobial assays demonstrated that SeNPs exhibited strong antibacterial activity against various strains, including Klebsiella pneumoniae and MRSA, with inhibition zones of 20-21 mm, which decreased upon encapsulation. TiO₂ nanoparticles showed moderate antibacterial effects, while Pd-Au BMNPs maintained efficacy against multidrug-resistant strains. The minimum inhibitory concentration (MIC) assays indicated over 90% bacterial suppression at 100 µg/ml for all nanoparticles. Furthermore, anticancer evaluations revealed that Se and TiO₂ nanoparticles induced dose-dependent apoptosis in A549 lung adenocarcinoma cells, while exhibiting high biocompatibility with L929 fibroblast cells. The Pd-Au nanocomposites demonstrated significant cytotoxicity against A549 cells (IC₅₀ ≈ 30-40 µg/ml) with minimal impact on fibroblasts. Overall, the findings highlight the potential of these green-engineered nanoparticles as dual-function theranostic agents, warranting further mechanistic and in vivo studies for clinical applications.
Introduction
**Introduction**
Nosocomial pneumonia, particularly prevalent in intensive care units (ICUs), represents a significant challenge in hospital-acquired infections, with ventilator-associated pneumonia (VAP) being the most common variant. Patients on mechanical ventilation for over 48 hours face a heightened risk of VAP, with incidence rates ranging from 10% to 20% and associated mortality rates between 15% and 50%. Despite advancements in antimicrobial therapies and critical care practices, the persistence of these infections is attributed to the vulnerability of patients’ immune systems and the ease with which pathogens infiltrate the lower respiratory tract.
The pathogenesis of nosocomial pneumonia (NP), also referred to as hospital-acquired pneumonia (HAP), is primarily linked to micro-aspiration of bacteria that colonize the upper gastrointestinal tract and oropharynx. This process is exacerbated by compromised immune responses and diminished pulmonary defenses due to chronic illnesses and invasive interventions such as mechanical ventilation. Additionally, the frequent use of antibiotics in hospital settings fosters the emergence of multidrug-resistant pathogens. A key mechanism driving the development of NP/VAP is micro-aspiration, particularly in sedated or intubated patients, whose airway reflexes are significantly impaired.
Methods
In this study, all chemicals utilized were of analytical grade and used without further purification. Key reagents included hydrogen tetrachloroaurate (HAuCl₄), palladium(II) chloride (PdCl₂), titanium tetra isopropoxide (TTIP), and sodium selenite (Na₂SeO₃), sourced from HiMedia and Sigma-Aldrich Chemicals. The bacterial strains employed for experimentation were Klebsiella pneumoniae (ATCC 13883), methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA, ATCC 43300), Streptococcus pneumoniae (ATCC 6305), Haemophilus parainfluenzae (ATCC 9796), and Acinetobacter baumannii (ATCC 19606), obtained from the American Type Culture Collection (ATCC).
Additionally, fresh ajwain leaves (Trachyspermum ammi) and dried clove buds (Syzygium aromaticum) were collected from local markets in Chennai, India. All glassware was sterilized using double-distilled water and oven-dried prior to experiments. The study also utilized the normal fibroblast cell line L929 and the human lung adenocarcinoma cell line A549, both acquired from the National Centre for Cell Sciences (NCCS) and maintained in vapor-phase liquid nitrogen until required for use.
Results
The results from the UV-Visible spectroscopy analysis confirm the successful synthesis and optical properties of various metal nanoparticles (MNPs). Selenium MNPs exhibited a significant absorption peak at 395 nm, indicative of surface plasmon resonance, while titanium dioxide (TiO₂) MNPs demonstrated a peak at 360 nm, consistent with the bandgap transitions of TiO₂. These observations underscore the effectiveness of green synthesis methods and reveal phase-specific behaviors of the nanoparticles.
Additionally, the bimetallic Pd-Au MNPs displayed two distinct peaks at 260 nm and 305 nm, which are associated with interband transitions and the formation of the alloy. In contrast, the monometallic palladium (Pd) MNPs showed a peak around 385 nm, attributed to d-d transitions, while the gold (Au) MNPs exhibited a peak at a different wavelength. These findings collectively enhance the understanding of the optical characteristics and synthesis processes of the studied nanoparticles.
Discussion
In the discussion section of the research paper, the authors highlight the multifaceted factors contributing to the risk of nosocomial pneumonia (NP) and ventilator-associated pneumonia (VAP). Prolonged hospitalization and the use of medical devices, such as endotracheal tubes, facilitate the colonization of pathogens in the upper airways and stomach, increasing the likelihood of lower respiratory tract infections. Patients with compromised immune systems, malnutrition, or chronic illnesses are particularly vulnerable due to impaired pulmonary defenses. The predominant pathogens identified are Gram-negative bacteria, including multidrug-resistant strains like *Pseudomonas aeruginosa* and *Acinetobacter spp.*, necessitating early and appropriate antibiotic therapy.
The authors also emphasize the importance of preventive measures in clinical settings, such as elevating the head of the bed for patients on ventilation, monitoring gastric residuals, and employing good hygiene practices. They suggest that interventions like chest physiotherapy and the use of non-absorbable antibiotics for digestive cleansing can further mitigate the risk of NP. The discussion underscores the need for a comprehensive approach to managing and preventing pneumonia in hospitalized patients, particularly those requiring mechanical ventilation, to improve patient outcomes and combat antibiotic resistance.