β-谷甾醇/岩藻聚糖/壳聚糖-银纳米生物活性复合材料构建及其抗皮肤癌与结肠癌应用研究

《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》：Construction of bioactive nanocomposites from beta-sitosterol, fucoidan, chitosan, and silver nanoparticles for anticancer applications

本文开发了一种由β-谷甾醇(BSt)、岩藻聚糖(Fu)、壳聚糖(CS)和生物合成银纳米颗粒(AgNPs)组成的新型纳米复合材料(Fu/BSt/AgNPs/CS)。研究通过MTT法等证实该复合材料对结肠癌(HCT-116)和皮肤癌(A375)细胞的IC50值(12.75-22.44 mg/L)显著优于顺铂，并通过电镜观察到细胞凋亡的典型形态学变化，为天然来源抗癌制剂开发提供了新策略。

　　

引言

癌症（如结肠癌和皮肤癌）是全球范围内导致死亡的主要原因之一。近年来，利用天然生物活性化合物与金属纳米颗粒开发新型抗癌纳米复合材料成为研究热点。本研究旨在开发一种由β-谷甾醇(BSt)、岩藻聚糖(Fu)、壳聚糖(CS)和银纳米颗粒(AgNPs)组成的纳米复合材料，通过生物合成和聚电解质复合技术，评估其对抗皮肤癌和结肠癌的潜力。

材料与方法

岩藻聚糖的提取过程包括海藻材料脱水、研磨后，使用乙醇和水去除脂质和多糖，接着通过化学提取获得粗品岩藻聚糖。β-谷甾醇与岩藻聚糖复合物(Fu/BSt)的制备通过等体积等浓度的溶液混合搅拌完成。

纳米复合材料的合成采用生物还原法，将Fu/BSt溶液与硝酸银溶液混合，在pH 8.5条件下还原生成银纳米颗粒，最后与壳聚糖溶液复合形成Fu/BSt/AgNPs/CS纳米复合材料。

通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、动态光散射(DLS)和电子显微镜(SEM/TEM)对材料进行表征。生物学评价采用MTT法检测对HCT-116和A375细胞的细胞毒性，并通过双染色法和扫描电镜观察细胞凋亡形态变化。

结果与讨论

光学表征显示，AgNPs溶液在426 nm处出现特征表面等离子体共振(SPR)峰，证实纳米颗粒的成功合成。FTIR分析揭示了各组分间的相互作用，特别是在Fu/BSt/AgNPs复合物中出现了新的特征峰，表明银纳米颗粒与生物分子之间形成了稳定的化学连接。

粒度分析表明，AgNPs的平均直径为8.83 nm，而Fu/BSt/AgNPs/CS复合物的尺寸为146.6 nm。Zeta电位测量显示，复合材料表面电荷为+24.52 mV，具有良好的稳定性。

扫描电镜图像显示复合材料呈近似球形，分布均匀。透射电镜进一步证实了银纳米颗粒的尺寸和形貌特征。

生物学评价结果显示，Fu/BSt/AgNPs/CS复合材料对HCT-116和A375细胞表现出最强的抑制活性，IC₅₀值分别为12.75 mg/L和22.44 mg/L，显著优于顺铂(25.56 mg/L和79.77 mg/L)。双染色荧光成像显示，经复合材料处理的癌细胞出现典型的凋亡特征，包括细胞核染色由绿色变为橙红色。扫描电镜观察发现，处理后的癌细胞出现膜穿孔、空泡化等形态学改变，这些变化与细胞凋亡的典型特征一致。

结论

本研究成功开发出基于天然化合物的Fu/BSt/AgNPs/CS纳米复合材料，该材料展现出优异的抗结肠癌和皮肤癌活性。其作用机制涉及诱导癌细胞凋亡、抑制细胞增殖和引起细胞形态学改变等多个方面。与传统的化疗药物相比，该天然来源的纳米复合材料具有毒性低、特异性强等优势，为癌症治疗提供了新的研究方向和应用前景。