Coleus amboinicus介导的绿色碳酸铯纳米粒子的治疗潜力：一种结合实验和计算的方法

《Surfaces and Interfaces》：Therapeutic potential of Coleus amboinicus mediated green caesium carbonate nanoparticles: A combined experimental and computational approach

绿色合成 Coleus amboinicus 叶提取物介导的 Cs?CO? 纳米颗粒，并验证其抗氧化（IC50=84.64 μg/mL）、抗炎（抑制BSA 45.61%，蛋白酶46.56%）及抗菌活性（抑菌圈20-22 mm），结合分子对接（-6.1至-8.3 kcal·mol?1）与ADMET分析，证实其作为多功能生物医学材料的潜力。

　　本研究探讨了利用富含黄酮类、生物碱和酚类化合物的*Coleus amboinicus*叶提取物进行绿色合成，制备出具有多种生物活性的铯碳酸盐（Cs?CO?）纳米颗粒（NPs）。这一研究不仅展示了植物介导纳米合成方法的可行性，还强调了其在生物医学领域中的应用潜力。通过这种绿色合成方法，避免了传统纳米合成过程中对有毒试剂的依赖，同时也减少了能源消耗，符合当前对可持续技术的追求。*Coleus amboinicus*作为一种常见的芳香草本植物，广泛分布于热带和亚热带地区，其在传统医学中已显示出抗菌、抗炎、抗氧化和促进伤口愈合等多种药理特性，使其成为绿色纳米材料合成的理想植物来源。

铯碳酸盐纳米颗粒的制备过程充分利用了植物提取物中的天然还原剂和稳定剂，使得纳米颗粒不仅具有良好的稳定性，还保留了植物中生物活性成分的特性。研究通过紫外-可见光谱（UV–Visible spectroscopy）分析确认了纳米颗粒的形成，其最大吸收波长位于288 nm，表明了纳米颗粒的成功合成。傅里叶变换红外光谱（FTIR）进一步揭示了纳米颗粒表面的化学基团，包括羟基（O–H）、羰基（C=O）和醚键（C–O），这些基团的存在有助于纳米颗粒与生物系统的相互作用。扫描电子显微镜（SEM）图像显示，纳米颗粒呈现出不规则的形态，粒径范围在75至110纳米之间，这种微观结构为纳米颗粒的生物活性提供了物理基础。

为了进一步验证纳米颗粒的生物活性，研究团队进行了分子对接（molecular docking）实验，以评估铯碳酸盐纳米颗粒所携带的植物化学成分与目标蛋白之间的结合能力。结果显示，这些化合物与参与氧化应激反应的基质金属蛋白酶-9（MMP-9）以及炎症相关蛋白之间具有较强的结合亲和力，结合能量范围在–6.1至–8.3 kcal·mol?1之间。这种强结合能力表明，铯碳酸盐纳米颗粒可能通过与这些关键蛋白的相互作用，发挥抗氧化和抗炎作用。此外，通过吸收、分布、代谢和排泄（ADMET）预测模型，研究人员确认了这些纳米颗粒在药代动力学和安全性方面具有良好的表现，这为后续的体内实验和临床应用提供了理论依据。

在生物活性评估方面，研究首先测试了铯碳酸盐纳米颗粒的抗氧化能力。采用DPPH自由基清除实验，结果显示纳米颗粒的IC??值为84.64 μg·mL?1，而作为对照的抗坏血酸（维生素C）的IC??值为28.01 μg·mL?1。尽管纳米颗粒的清除效率低于抗坏血酸，但其表现出的抗氧化能力仍然具有重要的应用价值，尤其是在开发新型抗氧化剂方面。此外，总抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity, TAC）的测定进一步支持了这一结论，表明铯碳酸盐纳米颗粒能够有效中和自由基，降低氧化应激水平。

在抗炎活性方面，研究采用了牛血清白蛋白（BSA）变性抑制实验和蛋白酶抑制实验。实验结果显示，在500 μg·mL?1浓度下，铯碳酸盐纳米颗粒能够抑制45.61%的BSA变性，同时表现出46.56%的蛋白酶抑制能力。这些数据表明，纳米颗粒在抑制炎症反应方面具有潜力，尤其是在炎症相关疾病如关节炎、慢性炎症和自身免疫疾病中的应用。此外，纳米颗粒的抗炎特性可能与其表面所携带的植物化学成分有关，这些成分能够干扰炎症信号通路，从而减少炎症因子的释放和炎症反应的持续。

抗菌活性的评估则通过琼脂扩散法进行，结果显示铯碳酸盐纳米颗粒对*Escherichia coli*（大肠杆菌）和*Staphylococcus aureus*（金黄色葡萄球菌）表现出显著的抑菌效果。在60 μg·mL?1的浓度下，纳米颗粒能够产生最大达20毫米和22毫米的抑菌圈，表明其对这两种常见病原菌具有较强的抑制能力。这一结果提示，铯碳酸盐纳米颗粒可能作为传统抗生素的替代品，尤其在对抗耐药菌株方面具有潜在优势。考虑到抗菌药物的耐药性问题日益严重，这种天然来源的纳米材料可能为开发新型抗菌剂提供新的思路。

此外，研究还探讨了铯碳酸盐纳米颗粒的抗结核活性。虽然具体的实验数据未在摘要中详细列出，但这一部分的研究可能涉及对结核分枝杆菌（*Mycobacterium tuberculosis*）的体外抑制实验。如果结果表明纳米颗粒具有显著的抗结核能力，那么它们可能在治疗结核病方面发挥重要作用。结核病是一种全球性的公共卫生问题，传统的抗结核药物常常伴随着严重的副作用，因此，寻找安全、有效的新型抗菌剂具有重要意义。铯碳酸盐纳米颗粒的绿色合成方法和其天然来源的特性，使其在抗结核药物开发中展现出独特的优势。

从整体来看，本研究不仅成功实现了铯碳酸盐纳米颗粒的绿色合成，还通过一系列实验验证了其在抗氧化、抗炎和抗菌方面的多重生物活性。这种综合性的研究方法为开发具有多种功能的纳米材料提供了重要的参考。在实验部分，研究团队详细描述了所使用的化学试剂和实验条件，确保了实验的可重复性和结果的可靠性。例如，钙碳酸盐和氯化铯作为纳米颗粒的前驱体，均选用高纯度的分析级试剂，以减少杂质对实验结果的干扰。所有溶剂均为高纯度实验室级，并在使用前新鲜配制，以确保实验环境的稳定性。

在目标识别（Target Identification）部分，研究团队通过韦恩图（Venn diagram）展示了*Coleus amboinicus*与多种革兰氏阳性菌和阴性菌在生物靶点上的重叠情况。结果显示，*Coleus amboinicus*具有10个独特的生物靶点，而细菌则有15,045个独特的靶点，两者共有90个共同靶点。这一发现表明，*Coleus amboinicus*中的某些生物活性成分可能与细菌的生理过程存在共同作用机制，这为理解纳米颗粒的抗菌机制提供了新的视角。同时，这一结果也提示，纳米颗粒可能通过影响多个靶点来发挥其抗菌效果，而不是单一的靶向作用。

在讨论（Discussion）部分，研究团队进一步分析了纳米颗粒的分子对接结果。其中，槲皮素（quercetin）、百里香酚（carvacrol）和维生素C被发现与MMP-9的活性位点残基具有良好的结合能力。MMP-9是一种重要的基质金属蛋白酶，参与多种炎症和氧化应激反应，其活性异常可能与多种疾病的发生发展相关。因此，纳米颗粒与MMP-9的结合可能有助于抑制其过度活性，从而减轻炎症反应和组织损伤。此外，研究还提到，这些化合物的结构与*Coleus amboinicus*中已知的活性成分相似，这为后续的实验验证提供了理论支持。

本研究的结论（Conclusion）部分总结了铯碳酸盐纳米颗粒的绿色合成方法及其多重生物活性。研究指出，这些纳米颗粒在抗氧化、抗炎和抗菌方面表现出显著的潜力，其结构和功能特性得到了实验和计算分析的双重验证。通过紫外-可见光谱、傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜的表征，研究人员确认了纳米颗粒的物理和化学特性，这些特性为纳米颗粒在生物医学中的应用奠定了基础。此外，分子对接分析的结果与体外实验数据相互印证，进一步强化了纳米颗粒的生物活性。研究还强调了该方法的生态友好性，认为其在推动绿色纳米技术发展方面具有重要意义。

在资金支持（Funding）部分，研究团队感谢了沙特国王大学的持续研究资助计划（ORF-2025-354）的支持。这种资金支持不仅为研究提供了必要的实验条件，还促进了跨学科的合作，使研究能够深入探讨纳米颗粒的多种生物功能。数据可用性（Data availability）声明指出，研究相关数据将在合理请求下提供，这有助于其他研究人员复现实验结果并进一步验证研究发现。

作者贡献（Author's contributions）部分详细列出了每位研究人员在项目中的具体角色。Yuvaraj Dinakarkumar和Panneerselvam Theivendren负责研究的构思和设计，并监督整个项目。Krishnakumar Ramya和Kiruthika Jevanantham Senthamarai负责实验的实施和数据分析。Selvaraj Arokiyaraj参与了数据的验证，并协助准备了图表和表格。Jothi Ramalingam Rajabathar则提供了资金支持和实验资源。这种明确的分工有助于确保研究的顺利进行，并体现了团队合作的重要性。

作者声明（Author Statement）部分指出，研究团队没有已知的与本研究相关的竞争性利益或个人关系，这表明研究结果的客观性和可靠性。最后，在致谢（Acknowledgment）部分，研究团队表达了对所有参与机构管理与行政工作的感谢，强调了合作在科学研究中的关键作用。

综上所述，本研究通过绿色合成方法成功制备了铯碳酸盐纳米颗粒，并对其多种生物活性进行了系统评估。这些纳米颗粒不仅在抗氧化、抗炎和抗菌方面表现出显著潜力，还因其生态友好性和可持续性，成为生物医学领域中值得进一步研究的新型材料。随着纳米技术的不断发展，绿色合成方法的应用将越来越广泛，而像*Coleus amboinicus*这样的植物资源，因其丰富的生物活性成分，将在未来的纳米材料开发中发挥重要作用。本研究的结果不仅为纳米材料的合成和应用提供了新的思路，也为推动绿色科技在医疗领域的应用奠定了基础。