家蚕茧提取物绿色合成银纳米颗粒及其抗菌、抗氧化、抗炎和抗肿瘤治疗潜力

【字体: 时间:2025年05月15日 来源:BMC Biotechnology 3.5

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  为解决传统银纳米颗粒(AgNPs)合成方法存在的问题,研究人员以家蚕(Bombyx mori)茧提取物为生物源合成 AgNPs。发现其对多种细菌有抗菌活性,具抗氧化、抗炎及显著细胞毒性,为多功能生物医学应用提供新方向。

  
在生物医学领域,纳米技术的发展为疾病治疗带来新希望,银纳米颗粒(Silver Nanoparticles, AgNPs)因具有广谱抗菌、抗氧化、抗炎及抗癌等特性备受关注。然而,传统物理和化学合成方法存在操作复杂、成本高、使用有害化学试剂等问题,而绿色合成方法因可持续性和生态友好性成为研究热点。目前,利用植物、微生物提取物合成 AgNPs 的研究较多,但家蚕(Bombyx mori)茧提取物在 AgNPs 生物合成中的应用却鲜少探索。家蚕茧富含丝素蛋白、丝胶蛋白和多酚等生物活性成分,这些成分不仅可作为还原剂和稳定剂,还能赋予纳米颗粒良好的稳定性和生物活性,因此探索家蚕茧提取物合成 AgNPs 具有重要意义。

为填补这一研究空白,来自埃及 Al-Azhar 大学等机构的研究人员开展了利用家蚕茧提取物生物合成 AgNPs 及其治疗潜力的研究。该研究成果发表在《BMC Biotechnology》上,为 AgNPs 的绿色合成及生物医学应用提供了新的思路和方向。

研究人员主要采用了以下关键技术方法:

  • 纳米颗粒制备:将家蚕茧经处理得到再生丝素蛋白(Regenerated Silk Fibroin, RSF),与硝酸银(AgNO?)溶液混合,通过超声处理等步骤合成 AgNPs。
  • 理化表征:运用紫外 - 可见分光光度法(UV-visible Spectrophotometry)、傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)、X 射线衍射(X-ray Diffraction, XRD)和透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy, TEM)等技术对合成的 AgNPs 进行表征,以确定其光学、结构和形态特征。
  • 生物活性评估:通过琼脂扩散法、微量稀释法等测定 AgNPs 的抗菌活性及最小抑菌浓度(Minimum Inhibitory Concentration, MIC)、最小致死浓度(Minimum Lethal Concentration, MLC);利用 DPPH 法评估抗氧化活性;采用膜稳定技术检测抗炎活性;借助 MTT 法测定对肿瘤细胞和正常细胞的细胞毒性。

研究结果


理化表征


  • 紫外 - 可见光谱分析:合成的 AgNPs 在 420 nm 处有明显的表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)峰,表明成功合成 AgNPs。
  • 透射电子显微镜观察:AgNPs 呈球形,粒径分布在 5-25 nm 之间,分散性良好。
  • X 射线衍射分析:衍射峰对应银纳米颗粒的特征反射,证实其结晶性质,平均晶粒尺寸约为 20 nm。
  • 傅里叶变换红外光谱分析:家蚕茧提取物和 AgNPs 的光谱差异表明,丝蛋白中的官能团参与了 AgNPs 的合成与稳定。

抗菌活性


AgNPs 对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、溶血性葡萄球菌(Staphylococcus haemolyticus)、大肠杆菌(Escherichia coli)和肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae)均表现出显著的抗菌活性,且对革兰氏阳性菌的抑制效果优于革兰氏阴性菌。其 MIC 和 MLC 值显示,AgNPs 能有效抑制细菌生长,抗菌效果优于参考抗生素庆大霉素。

抗氧化活性


通过 DPPH 法测得 AgNPs 的半抑制浓度(IC??)为 4.94 μg/ml,虽略低于抗坏血酸(维生素 C),但仍显示出较强的自由基清除能力,表明其具有作为抗氧化剂的潜力。

抗炎活性


膜稳定试验结果显示,AgNPs 的 IC??值为 7.14 μg/ml,能有效抑制红细胞膜破裂,表现出中等但显著的抗炎活性,接近阳性对照吲哚美辛的效果。

细胞毒性


AgNPs 对人结肠腺癌细胞(Caco-2)和人胰腺癌细胞(PANC1)具有显著的细胞毒性,IC??值分别为 177.24±2.01 μg/ml 和 208.15±2.79 μg/ml,而对正常人成纤维细胞(HFB-4)的毒性较低(IC??=582.33±6.37 μg/ml),显示出对肿瘤细胞的选择性杀伤作用。

研究结论与讨论


本研究成功利用家蚕茧提取物绿色合成了粒径为 5-25 nm 的 AgNPs,该方法环保且高效,避免了传统合成方法的弊端。所合成的 AgNPs 具有优异的抗菌、抗氧化、抗炎和抗肿瘤活性,且对正常细胞毒性较低,展现出在生物医学领域的多功能应用潜力,如抗菌剂、抗氧化剂、抗炎药物及肿瘤治疗药物等。

研究表明,家蚕茧中的丝素蛋白和丝胶蛋白等生物活性成分不仅是 AgNPs 合成的良好模板,还赋予了 AgNPs 稳定的结构和独特的生物活性。与植物提取物合成的 AgNPs 相比,家蚕茧提取物合成的 AgNPs 在产率、稳定性和生物相容性方面更具优势,为 AgNPs 的大规模生产和临床应用提供了新途径。

尽管本研究取得了令人鼓舞的结果,但仍需进一步开展体内实验,验证 AgNPs 的安全性和有效性,并探索其在药物递送系统中的应用,以推动其向临床转化。该研究为开发基于家蚕茧的新型纳米材料奠定了基础,有望在未来的医学和生物技术领域发挥重要作用。

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