DOI: https://doi.org/10.1186/s12934-025-02656-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39915798
تاريخ النشر: 2025-02-07
المؤلف: Asmaa S. Yassein وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تسلط الأبحاث الضوء على الإمكانات الواعدة لجزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) التي تم تصنيعها من الطحالب الدقيقة سبيرولينا بلاتينسيس لتطبيقات بيولوجية وطبية متنوعة. تتمتع جزيئات SeNPs بمزايا مقارنة بالجزيئات النانوية التقليدية، مثل الأمان المعزز وقابلية التحلل الحيوي. تم تصنيف جزيئات SeNPs المصنعة على أنها كروية ومتبلورة، بقطر 65 نانومتر وشحنة صافية تبلغ -16.7 مللي فولت، مما يشير إلى الاستقرار بسبب وجود مجموعات نشطة.
أظهرت الدراسة أنشطة بيولوجية كبيرة لجزيئات السيلينيوم النانوية المستخلصة من سبيرولينا بلاتينسيس (SP-SeNPs). كشفت اختبارات مضادات الأكسدة عن تثبيط تجميع الجذور الحرة DPPH بنسبة 79.234% عند 100 ميكرومتر، مع قيم IC50 تبلغ 50.69 ميكروغرام/مل و116.18 ميكروغرام/مل لـ ABTS وH₂O₂، على التوالي. أظهرت اختبارات مضادة للبكتيريا تثبيطًا فعالًا ضد كل من البكتيريا سالبة الجرام وإيجابية الجرام، مع تركيزات الحد الأدنى القاتلة (MBC) تتراوح بين 286 إلى 333 ميكروغرام/مل. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت SP-SeNPs خصائص مضادة للفطريات، وأوقات تكوين جلطة ممتدة (170.4 ثانية لوقت البروثرومبين و195.6 ثانية لوقت الثرومبوبلاستين الجزئي المنشط)، وانخفاض في حيوية الخلايا في خطوط خلايا سرطان الثدي (MCF-7) وسرطان المبيض (SKOV-3) بنسبة 17.6009% و14.9484%، على التوالي. علاوة على ذلك، أظهرت SP-SeNPs تأثيرًا مضادًا للالتهابات من خلال تقليل تركيز أكسيد النيتريك في البلعميات RAW 264.7 بنسبة 8.82%. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن SP-SeNPs تحمل إمكانات كبيرة كعوامل متعددة الوظائف في العلاجات الطبية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الطبيعة متعددة التخصصات لتكنولوجيا النانو، التي تدمج الفيزياء، وعلم الأحياء، والكيمياء، والمعلوماتية، والطب، والهندسة للتلاعب بالمادة على النطاق النانوي (أبعاد من مليار جزء من المتر). تؤكد الورقة على التطبيقات المتنوعة لتكنولوجيا النانو عبر مجالات مختلفة، لا سيما في الطب، حيث تظهر الجزيئات النانوية خصائص فريدة مثل الحجم الصغير، والردود الفعل العالية، والنشاط الحيوي. من بين المواد النانوية المختلفة، جذبت جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs) الانتباه بسبب سمّيتها المنخفضة وإمكاناتها الطبية الحيوية، بما في ذلك التأثيرات المضادة للميكروبات، ومضادات الأكسدة، ومضادات الالتهابات.
تؤكد الورقة على القلق المتزايد بشأن مقاومة الميكروبات، لا سيما مع البكتيريا والفطريات المقاومة لمجموعة من الأدوية، والتي تشكل تحديات كبيرة للصحة العالمية. يدعو المؤلفون إلى استخدام الجزيئات النانوية المستمدة من مصادر طبيعية، مثل تلك المصنعة من السيلينيوم، والذهب، والفضة، كبدائل واعدة لمكافحة هذه العدوى. تهدف الدراسة إلى استكشاف التخليق الحيوي وتوصيف جزيئات SeNPs باستخدام مستخلص *سبيرولينا بلاتينسيس*، وتقييم كفاءتها المضادة للأكسدة، وخصائصها المضادة للميكروبات ومضادة للفيلم الحيوي، وتأثيراتها المضادة للتخثر، ونشاطها المضاد للأورام ضد خطوط خلايا سرطان المبيض والثدي، وخصائصها المضادة للالتهابات من خلال قياس أكسيد النيتريك. تسعى هذه الأبحاث إلى المساهمة في تطوير استراتيجيات علاجية جديدة باستخدام تكنولوجيا النانو الخضراء.
الطرق
يحدد قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يوضح المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، ومعدات، وعينات بيولوجية، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية التكرار. قد يصف القسم أيضًا الطرق الإحصائية المطبقة لتحليل البيانات، بما في ذلك أي برامج مستخدمة ومعايير اختبار الدلالة.
بالإضافة إلى ذلك، قد تشمل المنهجية إعداد التجربة، بما في ذلك مجموعات التحكم والعلاج، وأحجام العينات، والظروف التي أجريت فيها التجارب. هذه الوصف الشامل ضروري للتحقق من النتائج والسماح بالتكرار المستقل للدراسة. بشكل عام، يضمن الصرامة في الطرق موثوقية النتائج المقدمة في الأقسام اللاحقة من الورقة.
النتائج
تشير النتائج إلى أن مستخلص مائي من سبيرولينا بلاتينسيس يعمل بفعالية كعامل اختزال لتقليل سيلينيت الصوديوم (Na2SeO3)، مما يسهل تصنيع جزيئات السيلينيوم النانوية (SeNPs). في البداية، كانت محلول Na2SeO3 عديم اللون؛ ومع ذلك، عند إضافة مستخلص S. platensis الخالي من الخلايا، تحول المحلول إلى لون أخضر فاتح. بعد فترة حضانة مدتها 24 ساعة، أظهر المزيج لونًا برتقاليًا محمرًا، مما يدل على التكوين الناجح لجزيئات السيلينيوم النانوية (SP-SeNPs). تم تمثيل هذه الملاحظات بصريًا في الشكل 1.
المناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة المنهجيات والنتائج المتعلقة بتصنيع وتوصيف جزيئات السيلينيوم النانوية (Se-NPs) المستمدة من السيانوبكتيريا سبيرولينا بلاتينسيس، فضلاً عن أنشطتها البيولوجية. شمل التصنيع تقليل سيلينيت الصوديوم (Na₂SeO₃) باستخدام مستخلص 2% من S. platensis، مما أدى إلى تغيير في اللون يدل على تكوين الجزيئات النانوية. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية والمرئية، وتحليل تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FTIR)، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS)، والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، وتحليل حيود الأشعة السينية (XRD)، نجاح التصنيع وخصائص Se-NPs، كاشفة عن حجم متوسط يبلغ حوالي 65 نانومتر وبنية بلورية.
تم تقييم الأنشطة البيولوجية لجزيئات Se-NPs المصنعة من خلال اختبارات متنوعة. تم تقييم الخصائص المضادة للأكسدة باستخدام اختبارات تجميع الجذور الحرة DPPH وABTS، مما يظهر نشاطًا كبيرًا في التجميع مع قيم IC₅₀ تبلغ 50.69 ميكروغرام/مل لـ ABTS و116.18 ميكروغرام/مل لـ H₂O₂. تم اختبار الفعالية المضادة للبكتيريا ضد 13 سلالة بكتيرية، حيث أظهرت Se-NPs نشاطًا ملحوظًا ضد العديد من مسببات الأمراض، بما في ذلك الإشريكية القولونية والمكورات العنقودية الذهبية، مع تركيزات الحد الأدنى المثبطة (MICs) تتراوح بين 230 إلى 333 ميكروغرام/مل. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت Se-NPs نشاطًا كبيرًا مضادًا للفيلم الحيوي، مما يثبط بشكل كبير تكوين الفيلم الحيوي في سلالات متنوعة. أشارت اختبارات مضادة للفطريات إلى أن Se-NPs كانت فعالة ضد أنواع الكانديدا، مع MICs تصل إلى 350 ميكروغرام/مل. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على إمكانات Se-NPs المصنعة من S. platensis كعوامل متعددة الوظائف ذات خصائص مضادة للأكسدة، ومضادة للبكتيريا، ومضادة للفطريات.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12934-025-02656-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39915798
Publication Date: 2025-02-07
Author(s): Asmaa S. Yassein et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
The research highlights the promising potential of selenium nanoparticles (SeNPs) synthesized from the microalgae Spirulina platensis for various biotechnological and medical applications. SeNPs exhibit advantages over traditional nanoparticles, such as enhanced safety and biodegradability. The synthesized SeNPs were characterized as spherical and crystalline, with a diameter of 65 nm and a net charge of -16.7 mV, indicating stability due to the presence of active groups.
The study demonstrated significant biological activities of the biosynthesized Spirulina platensis selenium nanoparticles (SP-SeNPs). Antioxidant assays revealed a DPPH radical scavenging inhibition of 79.234% at 100 µM, with IC50 values of 50.69 µg/ml and 116.18 µg/ml for ABTS and H₂O₂, respectively. Antibacterial tests showed effective inhibition against both Gram-negative and Gram-positive bacteria, with minimum bactericidal concentrations (MBC) ranging from 286 to 333 µg/ml. Additionally, SP-SeNPs exhibited antifungal properties, extended clot formation times (170.4 seconds for prothrombin time and 195.6 seconds for activated partial thromboplastin time), and reduced cell viability in breast adenocarcinoma (MCF-7) and ovarian cancer (SKOV-3) cell lines by 17.6009% and 14.9484%, respectively. Furthermore, SP-SeNPs demonstrated an anti-inflammatory effect by reducing nitric oxide concentration in RAW 264.7 macrophages by 8.82%. Overall, the findings suggest that SP-SeNPs hold significant potential as multifunctional agents in medical treatments.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the interdisciplinary nature of nanotechnology, which integrates physics, biology, chemistry, informatics, medicine, and engineering to manipulate matter at the nanoscale (dimensions of a billionth of a meter). The paper emphasizes the diverse applications of nanotechnology across various fields, particularly in medicine, where nanoparticles exhibit unique properties such as small size, high reactivity, and bioactivity. Among the various nanomaterials, selenium nanoparticles (SeNPs) have garnered attention due to their low toxicity and potential biomedical applications, including antimicrobial, antioxidant, and anti-inflammatory effects.
The paper underscores the growing concern of antimicrobial resistance, particularly with multidrug-resistant bacteria and fungi, which pose significant challenges to global health. The authors advocate for the use of naturally derived nanoparticles, such as those synthesized from selenium, gold, and silver, as promising alternatives to combat these infections. The study aims to explore the phyco-synthesis and characterization of SeNPs using *Spirulina platensis* extract, assessing their antioxidant efficiency, antimicrobial and antibiofilm properties, anticoagulant effects, antitumor activity against ovarian and breast cancer cell lines, and anti-inflammatory properties through nitric oxide measurement. This research seeks to contribute to the development of novel therapeutic strategies utilizing green nanotechnology.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, equipment, and biological samples, as well as the protocols followed to ensure reproducibility. The section may also describe the statistical methods applied for data analysis, including any software utilized and the criteria for significance testing.
Additionally, the methodology may encompass the experimental setup, including control and treatment groups, sample sizes, and the conditions under which experiments were conducted. This thorough description is essential for validating the findings and allowing for independent replication of the study. Overall, the rigor in the methods ensures the reliability of the results presented in the subsequent sections of the paper.
Results
The results indicate that an aqueous extract of Spirulina platensis effectively serves as a bioreductant for the reduction of sodium selenite (Na2SeO3), facilitating the synthesis of selenium nanoparticles (SeNPs). Initially, the Na2SeO3 solution was colorless; however, upon the addition of the S. platensis cell-free extract, the solution transitioned to a light green hue. After a 24-hour incubation period, the mixture exhibited an orange-red color, signifying the successful formation of selenium nanoparticles (SP-SeNPs). These observations are visually represented in Figure 1.
Discussion
In this section, the study discusses the methodologies and findings related to the synthesis and characterization of selenium nanoparticles (Se-NPs) derived from the cyanobacterium Spirulina platensis, as well as their biological activities. The synthesis involved the reduction of sodium selenite (Na₂SeO₃) using a 2% extract of S. platensis, resulting in a color change indicative of nanoparticle formation. Characterization techniques, including UV-visible spectroscopy, Fourier transform infrared (FTIR) analysis, dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray diffraction (XRD), confirmed the successful synthesis and properties of the Se-NPs, revealing a mean size of approximately 65 nm and a crystalline structure.
The biological activities of the synthesized Se-NPs were evaluated through various assays. Antioxidant properties were assessed using DPPH and ABTS radical scavenging assays, demonstrating significant scavenging activity with IC₅₀ values of 50.69 µg/ml for ABTS and 116.18 µg/ml for H₂O₂. Antibacterial efficacy was tested against 13 bacterial strains, with Se-NPs exhibiting notable activity against several pathogens, including Escherichia coli and Staphylococcus aureus, with minimum inhibitory concentrations (MICs) ranging from 230 to 333 µg/ml. Additionally, the Se-NPs showed substantial antibiofilm activity, significantly inhibiting biofilm formation in various strains. Antifungal assays indicated that Se-NPs were effective against Candida species, with MICs as low as 350 µg/ml. Overall, the findings highlight the potential of Se-NPs synthesized from S. platensis as multifunctional agents with antioxidant, antibacterial, and antifungal properties.