DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-024-03228-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38459502
تاريخ النشر: 2024-03-08
المؤلف: Fathy M. Elkady وآخرون
الموضوع الرئيسي: السيلينيوم في الأنظمة البيولوجية
نظرة عامة
تبحث الدراسة في التخليق الحيوي والأنشطة البيولوجية لمركب نانو مكون من نشا/فضة-سيلينيوم (St/Ag-Se NC) تم إنتاجه باستخدام سلالة Cladosporium cladosporioides. تم توصيف المركب النانوي بواسطة تقنيات مختلفة، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) والمجهر الإلكتروني الناقل عالي الدقة (HR-TEM)، مما يكشف عن حجم جزيئات متوسط يبلغ 67.87 نانومتر وشكل بيضاوي إلى كروي. قامت الدراسة بتقييم تأثيرات المركب النانوي على خطوط خلايا السرطان (HCT-116 وMCF-7)، وخلايا الدم الحمراء (RBCs)، ونشاط التخلص من بيروكسيد الهيدروجين (H₂O₂)، وفعاليته المضادة للميكروبات ضد عدة أنواع ميكروبية في كل من الأشكال العائمة والبيوفيلم.
أشارت النتائج إلى أن St/Ag-Se NC أظهر نشاطًا مضادًا للسرطان ملحوظًا بقيم IC₅₀ تبلغ 21.37 ميكروغرام/مل لـ HCT-116 و19.98 ميكروغرام/مل لـ MCF-7، بينما أظهر تأثيرات طفيفة على RBCs عند تركيزات منخفضة. أظهر المركب النانوي أقصى نشاط للتخلص من H₂O₂ بنسبة 42.84% عند 2 ملغ/مل. ومن الجدير بالذكر أنه قام بتثبيط Staphylococcus epidermidis وCandida albicans بتركيزات مثبطة دنيا (MICs) تبلغ 18.75 و50 ميكروغرام/مل، على التوالي، وحقق معدلات كبيرة من تثبيط البيوفيلم بنسبة 87.5% و68.05% ضد S. epidermidis وStaphylococcus aureus عند تركيزات 1 ملغ/مل و0.5 ملغ/مل. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن St/Ag-Se NC المُصنَّع حيويًا يمتلك خصائص مضادة للأكسدة ومضادة للميكروبات ومضادة للتكاثر واعدة، مما يشير إلى إمكانيته للتطبيقات الطبية الحيوية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الأزمة الصحية العالمية المتزايدة التي تسببها مقاومة الميكروبات للعلاج (AMR) والسرطان. تُعرف AMR بأنها قدرة البكتيريا على البقاء على قيد الحياة بعد العلاجات التي كانت فعالة سابقًا، وقد تفاقمت بسبب سوء استخدام المضادات الحيوية، مما أدى إلى ظهور ميكروبات مقاومة متعددة الأدوية (MDR). في الوقت نفسه، لا يزال السرطان سببًا رئيسيًا للوفيات، حيث يتسبب في حوالي 15 مليون وفاة سنويًا، مما يحفز البحث عن بدائل أكثر أمانًا للعوامل الكيميائية التقليدية، التي غالبًا ما تكون لها آثار جانبية شديدة.
استجابةً لهذه التحديات، تناقش الورقة إمكانيات تكنولوجيا النانو، وخاصة الجسيمات النانوية (NPs) التي تتراوح من 1 إلى 100 نانومتر، في التطبيقات الطبية. تُعتبر البوليمرات الحيوية، مثل النشا والكيتوزان، ملائمة نظرًا لتوافقها الحيوي وانخفاض سمّيتها، مما يجعلها مناسبة لتخليق NPs ذات خصائص مضادة للبكتيريا. تهدف الدراسة إلى تقييم السمية الخلوية في المختبر لمركب نانو جديد مكون من ثلاثة مكونات من نشا/فضة-سيلينيوم (St/Ag-Se NC)، وتقييم أنشطته المدمرة للدم والأكسدة، والتحقيق في تأثيراته على جدران الخلايا الميكروبية، فضلاً عن فعاليته ضد كل من الأشكال العائمة والبيوفيلم لمجموعة متنوعة من سلالات البكتيريا والفطريات.
الطرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. يتناول المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية أو أدوات أو تقنيات كانت جزءًا لا يتجزأ من البحث. يتم وصف المنهجية بطريقة منهجية، مع تسليط الضوء على الخطوات المتخذة لضمان إمكانية تكرار النتائج وموثوقيتها.
بالإضافة إلى ذلك، قد يتضمن القسم معلومات عن حجم العينة، ومعايير الاختيار، وأي تحليلات إحصائية تم إجراؤها لتفسير البيانات. تعتبر هذه المقاربة الدقيقة ضرورية للتحقق من النتائج وضمان أن الاستنتاجات المستخلصة من الدراسة قوية وصحيحة علميًا. بشكل عام، يعد قسم “المواد والطرق” أساسًا حيويًا لفهم الإطار التجريبي وصلاحية نتائج البحث.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ليست نتيجة للصدفة العشوائية. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر النتائج اتجاهًا واضحًا في سلوك النظام، كما يتضح من الرسوم البيانية والجداول المرسومة المضمنة في القسم.
علاوة على ذلك، تؤكد تحليل التباين (ANOVA) أن الفروق الملحوظة بين المجموعات ذات دلالة إحصائية، مما يدعم الفرضية المطروحة في بداية البحث. يختتم القسم بمناقشة تداعيات هذه النتائج، مع التأكيد على أهميتها في المجال الأوسع وإمكانياتها في الدراسات المستقبلية. بشكل عام، توفر النتائج أدلة قوية تعزز الفهم في مجال الدراسة.
المناقشة
تتناول قسم المناقشة في الورقة البحثية تخليق وتوصيف مركبات نانو فضة-سيلينيوم مستقرة بالنشا (St/Ag-Se NC) المشتقة من الثقافة الفطرية لـ *Cladosporium cladosporioides*. شمل التخليق حضانة الكتلة الفطرية مع نترات الفضة وسيلينات الصوديوم، مما أدى إلى لون بني داكن يدل على تكوين الجسيمات النانوية. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك مطيافية الأشعة فوق البنفسجية-المرئية، حيود الأشعة السينية (XRD)، تشتت الضوء الديناميكي (DLS)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، نجاح تخليق St/Ag-Se NC بحجم جزيئات متوسط يبلغ حوالي 190.89 نانومتر وجهد زتا سالب قدره -41.9 مللي فولت، مما يشير إلى الاستقرار في المحلول.
تم تقييم التأثيرات المضادة للتكاثر لـ St/Ag-Se NC ضد خطوط خلايا السرطان HCT-116 وMCF-7، حيث أظهرت سمية خلوية ملحوظة بقيم IC50 تبلغ 19.98 ميكروغرام/مل و18.23 ميكروغرام/مل، على التوالي، مقارنة بالعلاجات الكيميائية القياسية. بالإضافة إلى ذلك، أظهر المركب النانوي نشاطًا منخفضًا في تدمير خلايا الدم الحمراء، مما يشير إلى سمية منخفضة تجاه خلايا الدم الحمراء البشرية. أظهرت اختبارات مضادات الأكسدة نشاطًا فعالًا في التخلص من بيروكسيد الهيدروجين، بينما كشفت اختبارات مضادة للميكروبات عن تأثيرات مثبطة كبيرة ضد مجموعة متنوعة من سلالات البكتيريا والفطريات، مع تركيزات مثبطة دنيا (MIC) تصل إلى 18.75 ميكروغرام/مل لبعض البكتيريا. تشير النتائج إلى أن St/Ag-Se NC تمتلك تطبيقات واعدة في المجالات الطبية الحيوية نظرًا لخصائصها المضادة للميكروبات المعززة وسمّيتها المنخفضة.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-024-03228-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38459502
Publication Date: 2024-03-08
Author(s): Fathy M. Elkady et al.
Primary Topic: Selenium in Biological Systems
Overview
The research investigates the biosynthesis and biological activities of a starch/silver-selenium nanocomposite (St/Ag-Se NC) produced using the Cladosporium cladosporioides strain. The nanocomposite was characterized by various techniques, including scanning electron microscopy (SEM) and high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM), revealing an average particle size of 67.87 nm and an oval to spherical morphology. The study assessed the nanocomposite’s effects on cancer cell lines (HCT-116 and MCF-7), red blood cells (RBCs), hydrogen peroxide (H₂O₂) scavenging activity, and its antimicrobial efficacy against several microbial species in both planktonic and biofilm forms.
Results indicated that the St/Ag-Se NC exhibited significant anticancer activity with IC₅₀ values of 21.37 µg/ml for HCT-116 and 19.98 µg/ml for MCF-7, while showing minimal effects on RBCs at low concentrations. The nanocomposite demonstrated a maximum H₂O₂ scavenging activity of 42.84% at 2 mg/ml. Notably, it effectively inhibited Staphylococcus epidermidis and Candida albicans with minimum inhibitory concentrations (MICs) of 18.75 and 50 µg/ml, respectively, and achieved substantial biofilm suppression rates of 87.5% and 68.05% against S. epidermidis and Staphylococcus aureus at concentrations of 1 mg/ml and 0.5 mg/ml. Overall, the findings suggest that the biosynthesized St/Ag-Se NC possesses promising antioxidant, antimicrobial, and antiproliferative properties, indicating its potential for biomedical applications.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the escalating global health crisis posed by antimicrobial resistance (AMR) and cancer. AMR, defined as the ability of bacteria to survive treatments that were previously effective, has been exacerbated by the misuse of antibiotics, leading to the emergence of multidrug-resistant (MDR) microorganisms. Concurrently, cancer remains a leading cause of mortality, with approximately 15 million deaths annually, prompting the search for safer alternatives to traditional chemotherapeutic agents, which often have severe side effects.
In response to these challenges, the paper discusses the potential of nanotechnology, particularly nanoparticles (NPs) ranging from 1 to 100 nm, in medical applications. Biopolymers, such as starch and chitosan, are noted for their biocompatibility and low toxicity, making them suitable for synthesizing NPs with antibacterial properties. The study aims to evaluate the in vitro cytotoxicity of a novel triple-component Starch/Silver-Selenium nanocomposite (St/Ag-Se NC), assess its hemolytic and antioxidant activities, and investigate its effects on microbial cell walls, as well as its efficacy against both planktonic and biofilm forms of various bacterial and fungal strains.
Methods
The section on “Materials and Methods” outlines the experimental design and procedures utilized in the study. It details the specific materials employed, including any reagents, instruments, or technologies that were integral to the research. The methodology is described in a systematic manner, highlighting the steps taken to ensure reproducibility and reliability of the results.
Additionally, the section may include information on the sample size, selection criteria, and any statistical analyses performed to interpret the data. This rigorous approach is essential for validating the findings and ensuring that the conclusions drawn from the study are robust and scientifically sound. Overall, the “Materials and Methods” section serves as a critical foundation for understanding the experimental framework and the validity of the research outcomes.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are not due to random chance. Additionally, the results demonstrate a clear trend in the behavior of the system, as illustrated by the plotted graphs and tables included in the section.
Furthermore, the analysis of variance (ANOVA) confirms that the differences observed among the groups are statistically significant, supporting the hypothesis posited at the outset of the research. The section concludes with a discussion of the implications of these findings, emphasizing their relevance to the broader field and potential applications in future studies. Overall, the results provide robust evidence that advances understanding in the area of study.
Discussion
The discussion section of the research paper elaborates on the synthesis and characterization of starch-stabilized silver-selenium nanocomposites (St/Ag-Se NC) derived from the fungal culture of *Cladosporium cladosporioides*. The synthesis involved the incubation of fungal biomass with silver nitrate and sodium selenate, resulting in a deep brown coloration indicative of nanoparticle formation. Characterization techniques, including UV-Vis spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), dynamic light scattering (DLS), and scanning electron microscopy (SEM), confirmed the successful synthesis of St/Ag-Se NC with a mean particle size of approximately 190.89 nm and a negative zeta potential of -41.9 mV, suggesting stability in solution.
The anti-proliferative effects of St/Ag-Se NC were evaluated against cancer cell lines HCT-116 and MCF-7, showing significant cytotoxicity with IC50 values of 19.98 µg/ml and 18.23 µg/ml, respectively, compared to standard chemotherapeutics. Additionally, the nanocomposite exhibited low hemolytic activity, indicating minimal toxicity to human red blood cells. Antioxidant assays demonstrated effective hydrogen peroxide scavenging activity, while antimicrobial tests revealed substantial inhibitory effects against various bacterial and fungal strains, with minimum inhibitory concentrations (MIC) as low as 18.75 µg/ml for certain bacteria. The findings suggest that St/Ag-Se NC possess promising applications in biomedical fields due to their enhanced antimicrobial properties and low cytotoxicity.