马克斯克鲁维酵母β-葡聚糖绿色合成碘化银纳米颗粒的表征及其抗癌活性研究

本研究通过绿色合成方法，利用马克斯克鲁维酵母M59菌株的羧甲基化β-葡聚糖成功制备了碘化银纳米颗粒(Agl-NPs)。研究人员系统表征了其理化性质（粒径29-100 nm，结晶结构，450 nm特征吸收峰），并评估了其抗菌、抗生物膜、抗氧化及抗癌活性。结果表明Agl-NPs对肺癌细胞A549具有选择性细胞毒性（IC50 23.95μg/mL），而对正常成纤维细胞L929毒性较低，同时展现显著抗生物膜（最高66.9%抑制率）和抗氧化活性（DPPH清除率58.9%）。该研究为开发新型纳米抗癌制剂提供了重要实验依据。

　　

随着纳米技术的飞速发展，纳米颗粒在生物医学领域的应用日益广泛。其中，银纳米颗粒(Ag NPs)因其独特的抗菌、抗炎和抗癌特性备受关注。然而，传统化学合成方法往往使用有毒试剂，对环境不友好，且存在潜在生物安全性问题。这促使研究人员转向绿色合成方法——利用生物源材料（如微生物、植物提取物）作为还原剂和稳定剂，制备生物相容性更好的纳米颗粒。

近年来，碘化银纳米颗粒(Agl-NPs)因其优异的光催化性能、稳定性和生物相容性，展现出比传统银纳米颗粒更广阔的应用前景。特别是在可见光照射下，Agl-NPs能产生更多活性氧(ROS)，从而增强抗菌和抗癌效果。另一方面，酵母来源的β-葡聚糖作为一种天然多糖，不仅具有免疫调节、抗肿瘤等多种生物活性，其丰富的官能团（如羟基）还使其成为绿色合成纳米颗粒的理想模板。

尽管已有研究利用各种微生物合成银纳米颗粒，但关于从酵母细胞壁β-葡聚糖出发合成Agl-NPs，并系统评价其生物活性的报道尚属空白。马克斯克鲁维酵母(Kluyveromyces marxianus)作为一种安全(GRAS status)、生长快速且能利用多种碳源的工业用酵母，其β-葡聚糖成分具有结构明确、功能多样等优点。为此，Berat Cinar-Acar等人开展了一项创新研究，首次从马克斯克鲁维酵母M59菌株中提取β-葡聚糖，经羧甲基化改性后，用于绿色合成Agl-NPs，并全面评估了其理化特性和生物活性。该研究成果发表在《BMC Biotechnology》上，为开发多功能纳米生物材料提供了新思路。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先从马克斯克鲁维酵母M59（分离自tulum奶酪）中提取并羧甲基化β-葡聚糖；随后以此为基础绿色合成Agl-NPs；通过UV-Vis、SEM、EDX、FT-IR和XRD对纳米颗粒进行表征；最后通过体外实验评估了其抗菌、抗生物膜、抗氧化及对A549肺癌细胞和L929正常细胞的细胞毒性作用。

UV-Vis spectrum of Agl-NPs

通过紫外-可见光谱分析，成功合成的Agl-NPs在450 nm处出现特征吸收峰，这与表面等离子体共振(SPR)效应相符，证实了纳米颗粒的形成。该结果与同类研究中Agl-NPs或AgNPs在415-455 nm范围内的特征吸收峰一致。

Scanning electron microscopy(SEM) characterization

扫描电镜分析显示，所合成的Agl-NPs呈球形形态，粒径分布在29.1至100.6 nm之间，平均粒径为52.6±20.5 nm。EDX能谱分析证实纳米颗粒主要由银(65.32%)和碘(14.61%)元素组成，同时检测到铝和氧元素，这可能与合成或样品制备过程有关。

Fourier transform infrared(FT-IR) spectrometer analysis

傅里叶变换红外光谱分析揭示了β-葡聚糖和Agl-NPs表面的官能团。β-葡聚糖在3300-3400 cm^-1处显示O-H伸缩振动峰，2900 cm^-1处为C-H伸缩振动，1000-1200 cm^-1区域（1028 cm^-1和1076 cm^-1）对应C-O-C和C-O伸缩振动，1600-1650 cm^-1处的吸收表明羧甲基化成功。Agl-NPs的红外光谱在3304 cm^-1（-OH伸缩振动）、2923 cm^-1（C-H伸缩振动）、1643 cm^-1（C-C伸缩振动）、1531 cm^-1（C=O伸缩振动）、1230 cm^-1和1076 cm^-1（O-C伸缩振动）以及615 cm^-1（C-I伸缩振动）处显示特征吸收峰，表明β-葡聚糖成功参与了纳米颗粒的合成与稳定。

X-ray diffraction(XRD) analysis

X射线衍射分析显示，Agl-NPs在22.32°、23.68°、25.29°、39.15°、42.62°和46.29°处出现衍射峰，分别对应(100)、(002)、(101)、(110)、(103)和(112)晶面，表明Agl-NPs具有面心立方(FCC)晶体结构，与文献报道的Agl-NPs特征衍射峰位一致。

Antibacterial activity

抗菌实验结果表明，Agl-NPs对测试的病原菌（单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和大肠杆菌O157:H7）仅表现出有限的抗菌活性。最高活性出现在5 mg/mL浓度下对单核细胞增生李斯特菌的抑制（抑菌圈直径1.70 mm），而对铜绿假单胞菌的活性最低（抑菌圈直径0.50 mm）。这种相对较低的抗菌活性可能与纳米颗粒的合成来源（β-葡聚糖而非直接使用微生物）以及测试菌株的特性有关。

Antibiofilm activity

抗生物膜活性研究显示，Agl-NPs对病原菌生物膜形成具有显著的浓度依赖性抑制作用。最高抗生物膜活性出现在5 mg/mL浓度下对金黄色葡萄球菌ATCC 25923（66.9±0.5%抑制率），而最低活性出现在1 mg/mL浓度下对单核细胞增生李斯特菌ATCC 7644（15.2±0.2%抑制率）。这表明高浓度Agl-NPs可作为潜在的抗生物膜剂，纳米颗粒可能通过其小尺寸和高比表面积直接与细胞表面相互作用，干扰生物膜形成的关键代谢途径。

Antioxidant activity

抗氧化活性评估通过DPPH、超氧阴离子和羟自由基清除实验进行。结果表明Agl-NPs在所有三种方法中均表现出浓度依赖性的抗氧化活性。最高活性出现在5 mg/mL浓度下使用DPPH方法（58.9±0.4%），最低活性出现在1 mg/mL浓度下使用羟自由基清除方法（31.7±0.5%）。抗坏血酸作为对照，也显示出最高的DPPH活性（83±0.3%）和最低的羟自由基清除活性（72±0.1%）。Agl-NPs的球形形态和小尺寸（29.1-100.6 nm）有助于增强其抗氧化性能，因为较小的粒径增加了表面体积比，提供了更多的活性位点与活性氧(ROS)相互作用。

Cytotoxicity effect of Agl-NPs against A549 and L929 cells

细胞毒性实验评估了Agl-NPs对L929正常细胞和A549人肺癌细胞的毒性作用。结果显示Agl-NPs对A549细胞表现出选择性细胞毒性，24小时和48小时的IC₅₀值分别为23.95μg/mL和19.13μg/mL，表明存在时间依赖性的敏感性增加。相比之下，L929细胞显示出较高的IC₅₀值（24小时130.37μg/mL，48小时73.69μg/mL），表明对正常细胞的毒性较低。在最高浓度（100μg/mL）下，A549细胞存活率降至4.97%，而L929细胞存活率为60.23%。这种选择性毒性可能源于癌细胞更高的代谢活性和内吞能力，以及Agl-NPs在癌细胞中引发更强烈的氧化应激反应。

本研究通过绿色合成方法成功制备了基于马克斯克鲁维酵母β-葡聚糖的碘化银纳米颗粒，并全面表征了其理化性质和生物活性。研究结果表明，Agl-NPs具有显著的抗生物膜活性和抗氧化能力，尤其重要的是对肺癌细胞A549表现出选择性细胞毒性，而对正常成纤维细胞L929影响较小。这种选择性毒性使Agl-NPs成为癌症治疗中有前景的候选材料。

研究的创新点在于首次使用马克斯克鲁维酵母M59的羧甲基化β-葡聚糖作为合成模板，系统评价了Agl-NPs的多功能生物活性。与传统的化学合成方法相比，这种绿色合成方法避免了有毒有机溶剂的使用，降低了环境影响，同时提高了生物相容性。

研究结果强调了Agl-NPs在生物医学应用中的多重潜力，特别是在癌症治疗、抗菌涂层和抗氧化疗法方面。纳米颗粒的球形形态和小尺寸分布有助于增强其生物活性，而碘化银的加入可能通过协同效应增强了其生物学功能。

然而，研究也存在一些局限性，如只使用了两种细胞系评估细胞毒性，限制了数据的普适性；抗菌效果低于传统抗生素；分子机制尚未完全阐明。未来研究应扩大细胞模型范围，深入探索ROS生成和群体感应抑制等作用机制，并进行长期体内实验验证其临床潜力。

总之，这项研究为开发基于生物源纳米材料的多功能生物医学应用奠定了坚实基础，特别是在靶向癌症治疗和抗生物膜策略方面提供了有价值的见解。研究结果鼓励进一步探索Agl-NPs的分子机制和可持续应用，推动绿色合成纳米材料在生物医学领域的发展。