DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2025.1729503
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602460
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Andrea Tapia-Aguayo وآخرون
الموضوع الرئيسي: الحويصلات خارج الخلوية في الأمراض
نظرة عامة
تدرس الدراسة عزل الحويصلات النانوية الشبيهة بالإكسوزومات المشتقة من النباتات (PENs) من لب الكاكاو (Theobroma cacao L.)، مع معالجة الاستخدام غير الكافي للمخلفات الزراعية الناتجة عن معالجة الكاكاو. قارن الباحثون بين طريقتين لتفكيك الخلايا – التجانس عالي الأداء والطحن بالتبريد – لاستعادة PEN، تلاها التنقية من خلال الطرد المركزي الفائق. تم إجراء توصيف للحويصلات المعزولة باستخدام مجهر الإلكترون الناقل بالتبريد (Cryo-TEM) ، وتشتت الضوء الديناميكي (DLS) ، واختبارات بروتين حمض البيسينكونينيك (BCA).
أشارت النتائج إلى أن PENs المستخرجة من خلال المعالجة بالتبريد أظهرت توزيع حجم أكثر انتظامًا (111.9 ± 2.4 نانومتر) وشكل كروي مقارنة بتلك الناتجة عن التجانس (120.2 ± 5.5 نانومتر). على الرغم من أن التجانس أنتج تركيزات بروتين أعلى، إلا أنه أدى أيضًا إلى زيادة تباين الحويصلات. ومن الجدير بالذكر أنه لم يتم استرداد أي حويصلات من قشور قرون الكاكاو تحت الظروف المختبرة. تسلط النتائج الضوء على لب الكاكاو كمصدر قابل للتطبيق ومستدام لـ PENs، مع التأكيد على تأثير طرق الاسترداد على جودة الحويصلات. تمهد هذه الدراسة الطريق لمزيد من التحقيقات في النشاط الحيوي والتطبيقات الوظيفية لـ PENs.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الكمية الكبيرة من مخلفات الكاكاو، التي تتجاوز 3.5 مليون طن سنويًا، من صناعة الكاكاو، والتي تشمل لب الكاكاو وقشور القرون. تشكل هذه المخلفات، التي تتكون من حوالي 20% لب و80% قشور قرون من حيث الوزن، تحديات كبيرة في الإدارة للدول المنتجة للكاكاو. تؤكد الورقة على إمكانيات هذه المخلفات في إطار اقتصاد دائري، داعية إلى إعادة استخدامها نظرًا لمحتواها الغني من العناصر الغذائية والمركبات النشطة بيولوجيًا، مثل الألياف والفيتامينات والمعادن. لا يوفر هذا فوائد اقتصادية فحسب، بل يقلل أيضًا من التأثيرات البيئية المرتبطة بإنتاج الكاكاو.
علاوة على ذلك، تركز الدراسة على استخراج الحويصلات النانوية الشبيهة بالإكسوزومات المشتقة من النباتات (PENs) من لب الكاكاو وقشور القرون، والتي حظيت باهتمام لدورها في اكتشاف المؤشرات الحيوية وتوصيل الأدوية. نجحت الدراسة في تنقية وتوصيف PENs من لب الكاكاو، باستخدام التجانس عالي الأداء والطحن بالتبريد كطرق لتفكيك الخلايا، تلاها الطرد المركزي الفائق للتنقية. تشير النتائج إلى وجود اختلافات كبيرة في الخصائص الفيزيائية والكيميائية لـ PENs المستمدة من المعالجتين، مما يبرز إمكانيات لب الكاكاو كمصدر مستدام للتطبيقات النانوية الحيوية.
النتائج
في هذه الدراسة، تم الإبلاغ عن عزل وتوصيف الحويصلات النانوية الشبيهة بالإكسوزومات (PENs) من لب الكاكاو للمرة الأولى. تم استخدام تقنيتين لتفكيك الخلايا – التجانس عالي الأداء والطحن بالتبريد – لتقييم فعاليتهما في استعادة PEN. أشارت النتائج إلى أن اختيار طريقة التفكيك أثر بشكل كبير على الشكل، ومحتوى البروتين، وتوزيع الحجم للحويصلات المعزولة. على وجه الخصوص، أظهرت PENs المستخرجة من خلال التجانس عالي الأداء أشكالًا غير منتظمة ونطاق حجم أوسع (50 إلى 250 نانومتر)، بينما عرضت تلك المعزولة من خلال الطحن بالتبريد هياكل أكثر انتظامًا، شبه كروية، مع توزيع حجم أضيق (50 إلى 200 نانومتر). ومن الجدير بالذكر أن التجانس أسفر عن تركيز بروتين أعلى (180.71 ± 7.69 ميكروغرام/مل) مقارنة بالطحن بالتبريد (14.57 ± 2.19 ميكروغرام/مل)، مما يبرز تأثير تقنية الاسترداد على عائد وجودة الحويصلات.
أكدت تحليلات تشتت الضوء الديناميكي (DLS) وCryo-TEM أن كلا الطريقتين أنتجتا PENs بأقطار متوسطة وقيم جهد زتا مشابهة، مما يشير إلى استقرار كولودي مماثل. ومع ذلك، فإن توزيع الحجم الأوسع والتنوع الشكلي الأكبر الذي لوحظ في PENs المستمدة من التجانس يشير إلى أن هذه الطريقة قد تؤدي إلى تفتت غير متجانس، بينما يحافظ الطحن بالتبريد بشكل أفضل على سلامة الحويصلات. تؤكد النتائج على الحاجة إلى تقييمات منهجية لطرق الاسترداد الأولية لتحسين عمليات عزل PEN، خاصة مع تقدم التطبيقات في التكنولوجيا الحيوية والطب الحيوي. يُشجع الباحثون على اختيار تقنيات التفكيك بناءً على متطلبات التطبيق المحددة، مع مراعاة عوامل مثل كفاءة المعالجة وعائد البروتين.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم الحصول على لب الكاكاو وقشور القرون من Casa Luker S.A. لعزل الحويصلات النانوية الشبيهة بالإكسوزومات (PENs). تم استخدام طريقتين رئيسيتين للاسترداد: التجانس عالي الأداء والطحن بالتبريد. أشارت النتائج إلى أن PENs المعزولة من لب الكاكاو عبر التجانس عالي الأداء أظهرت تركيز بروتين إجمالي أعلى بكثير (180.71 ± 7.69 ميكروغرام/مل) مقارنة بتلك المستخرجة من خلال الطحن بالتبريد (14.57 ± 2.19 ميكروغرام/مل)، مما يبرز كفاءة طريقة التجانس. ومع ذلك، أنتج الطحن بالتبريد PENs بتجانس أكبر في الحجم والشكل، مما يشير إلى إمكانيته في إنتاج تجمعات منتظمة من الحويصلات.
ومن الجدير بالذكر أنه لم يتم الكشف عن أي حويصلات شبيهة بالإكسوزومات في عينات قشور قرون الكاكاو، مما يشير إلى أن هذه المادة قد لا تكون مناسبة لعزل PEN تحت الظروف المختبرة. تسلط النتائج الضوء على وعد الطحن بالتبريد كطريقة لعزل PENs الأقل تضررًا من لب الكاكاو، مما يمهد الطريق لمزيد من البحث في تحسين تقنيات العزل واستكشاف الخصائص الوظيفية لهذه الحويصلات. يجب أن تركز التحقيقات المستقبلية على استقرار PENs المعزولة، وتأثير ظروف التخزين، وإدماج تحليلات شاملة لفهم أفضل لتكوينها الكيميائي الحيوي وإمكاناتها في التكنولوجيا الحيوية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fbioe.2025.1729503
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41602460
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Andrea Tapia-Aguayo et al.
Primary Topic: Extracellular vesicles in disease
Overview
The study investigates the isolation of plant-derived exosome-like nanovesicles (PENs) from cocoa pulp (Theobroma cacao L.), addressing the underutilization of agricultural residues from cocoa processing. The researchers compared two cell disruption methods—high-performance homogenization and cryogenic grinding—for PEN recovery, followed by purification through ultracentrifugation. Characterization of the isolated vesicles was performed using cryo-transmission electron microscopy (Cryo-TEM), dynamic light scattering (DLS), and bicinchoninic acid (BCA) protein assays.
Results indicated that PENs obtained via cryogenic processing exhibited a more uniform size distribution (111.9 ± 2.4 nm) and spherical morphology compared to those from homogenization (120.2 ± 5.5 nm). Although homogenization produced higher protein concentrations, it also led to increased vesicle heterogeneity. Notably, no vesicles were recovered from cocoa pod husks under the tested conditions. The findings highlight cocoa pulp as a viable and sustainable source of PENs, emphasizing the impact of recovery methods on vesicle quality. This research sets the stage for future investigations into the bioactivity and functional applications of PENs.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the substantial generation of cocoa residues, exceeding 3.5 million tons annually, from the cocoa industry, which includes cocoa pulp and pod husk. These residues, comprising approximately 20% pulp and 80% pod husk by weight, present significant management challenges for cocoa-producing countries. The paper emphasizes the potential of these residues within the framework of a circular economy, advocating for their reutilization due to their rich nutritional and bioactive compound content, such as fibers, phenols, and minerals. This not only offers economic benefits but also mitigates environmental impacts associated with cocoa production.
Furthermore, the study focuses on the extraction of plant-derived exosome-like nanovesicles (PENs) from cocoa pulp and pod husks, which have gained attention for their roles in biomarker discovery and drug delivery. The research successfully purified and characterized PENs from cocoa pulp, utilizing high-performance homogenization and cryogenic grinding as cell disruption methods, followed by ultracentrifugation for purification. The findings indicate significant differences in the physicochemical properties of PENs derived from the two treatments, underscoring the potential of cocoa pulp as a sustainable resource for nanobiotechnological applications.
Results
In this study, the isolation and characterization of plant exosome-like nanovesicles (PENs) from cocoa pulp were reported for the first time. Two mechanical disruption techniques—high-performance homogenization and cryogenic grinding—were employed to evaluate their effectiveness in PEN recovery. The results indicated that the choice of disruption method significantly influenced the morphology, protein content, and size distribution of the isolated nanovesicles. Specifically, PENs obtained via high-performance homogenization exhibited irregular shapes and a broader size range (50 to 250 nm), while those isolated through cryogenic grinding displayed more uniform, nearly spherical structures with a narrower size distribution (50 to 200 nm). Notably, homogenization yielded a higher protein concentration (180.71 ± 7.69 μg/mL) compared to cryogenic grinding (14.57 ± 2.19 μg/mL), highlighting the impact of the recovery technique on vesicle yield and quality.
Dynamic light scattering (DLS) and Cryo-TEM analyses confirmed that both methods produced PENs with similar average diameters and zeta potential values, indicating comparable colloidal stability. However, the broader size distribution and greater morphological variability observed in homogenization-derived PENs suggest that this method may lead to heterogeneous fragmentation, while cryogenic grinding better preserves vesicle integrity. The findings emphasize the need for systematic evaluations of primary recovery methods to optimize PEN isolation processes, particularly as applications in biotechnology and biomedicine advance. Researchers are encouraged to select disruption techniques based on specific application requirements, balancing factors such as processing efficiency and protein yield.
Discussion
In this study, cocoa pulp and pod husk were sourced from Casa Luker S.A. for the isolation of plant-derived exosome-like nanovesicles (PENs). Two primary recovery methods were employed: high-performance homogenization and cryogenic grinding. The results indicated that PENs isolated from cocoa pulp via high-performance homogenization exhibited a significantly higher total protein concentration (180.71 ± 7.69 µg/mL) compared to those obtained through cryogenic grinding (14.57 ± 2.19 µg/mL), highlighting the efficiency of the homogenization method. However, cryogenic grinding produced PENs with greater homogeneity in size and shape, suggesting its potential for generating uniform populations of vesicles.
Notably, no exosome-like nanovesicles were detected in cocoa pod husk samples, indicating that this material may not be suitable for PEN isolation under the tested conditions. The findings underscore the promise of cryogenic grinding as a method for isolating less disturbed PENs from cocoa pulp, paving the way for further research into optimizing isolation techniques and exploring the functional properties of these vesicles. Future investigations should focus on the stability of isolated PENs, the impact of storage conditions, and the incorporation of comprehensive analyses to better understand their biochemical composition and potential applications in biotechnology.