姜黄素合成金纳米颗粒与壳聚糖纳米复合物的双重抗菌抗癌潜力研究

《AMB Express》：Antimicrobial and anti-cancer potential of turmeric synthesized AuNPs and Chitosan-AuNP nanocomposites against MDR pathogens and breast/colorectal carcinoma cells

本研究针对多重耐药菌感染和癌症治疗的双重挑战，创新性地利用姜黄提取物绿色合成金纳米颗粒(TAuNPs)，并开发壳聚糖包覆的纳米复合材料(NCS-TAuNPs)。结果表明，该复合材料对MDR尿道感染病原体(肺炎克雷伯菌ESA254和大肠杆菌ESA253)表现出显著抗菌/抗生物膜活性，同时对乳腺癌MCF-7和结直肠癌HCT-116细胞系展现优异抗癌效果，IC50值达36.31-41.26μg/mL，为开发新型纳米药物治疗提供了创新策略。

　　

在当前全球公共卫生面临严峻挑战的背景下，多重耐药菌感染的蔓延和癌症发病率的持续攀升构成了双重健康威胁。传统抗生素的失效速度远超新药研发进度，而现有化疗药物往往伴随严重毒副作用，这使得开发新型治疗策略迫在眉睫。纳米技术的兴起为这一困境带来了曙光，特别是生物相容性良好的纳米材料在抗菌和抗癌领域的应用展现出巨大潜力。正是在这样的背景下，一项发表于《AMB Express》的创新研究为我们带来了突破性解决方案。

研究人员将目光投向传统药用植物姜黄(Curcuma longa)，利用其天然活性成分绿色合成金纳米颗粒(TAuNPs)，并进一步与生物可降解材料壳聚糖结合，构建出新型纳米复合材料(NCS-TAuNPs)。这种巧妙的设计不仅体现了绿色化学理念，更充分发挥了天然产物的协同增效作用。

研究团队采用多学科交叉的技术方法开展系统研究。首先通过水醇提取法获得姜黄根茎活性成分，利用紫外-可见光谱(UV-Vis)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和Zeta电位等技术对合成的纳米颗粒进行物理化学表征。从临床尿路感染患者样本中分离鉴定出多重耐药菌株，通过分子生物学方法(16S rRNA测序)确认病原体身份。抗菌活性采用琼脂扩散法和微量稀释法评估，抗生物膜效果通过结晶紫染色法定量分析。基因表达水平使用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)技术检测。抗癌活性则采用MTT法检测纳米材料对癌细胞系的细胞毒性。

表征结果显示，姜黄提取物富含多种生物活性成分，总黄酮含量达3452 mg QE/100g DW，总酚含量为2624 mg GAE/100g DW。GC-MS分析鉴定出31种化合物，其中β-姜黄酮(22.45%)、芳姜黄酮(16.68%)和姜烯(15.1%)为主要成分。成功合成的TAuNPs呈球形，尺寸为7-29 nm，表面等离子共振吸收峰位于575 nm。FT-IR光谱证实纳米颗粒表面存在多种功能性基团，包括O-H(3267.8 cm^-1)、C=O(1630.4 cm^-1)和C-N(1039 cm^-1)等。

抗氧化活性研究表明，TAuNPs和NCS-TAuNPs均表现出浓度依赖性的自由基清除能力。在150μg/mL浓度下，NCS-TAuNPs对DPPH和ABTS自由基的清除率分别达到68.43±0.095%和63.72±0.09%，显著优于未包覆的TAuNPs。

抗菌和抗生物膜活性方面，NCS-TAuNPs展现出最强效的抗菌效果，对肺炎克雷伯菌ESA254和大肠杆菌ESA253的抑菌圈直径分别达15.6±0.2 mm和13.3±0.20 mm。抗生物膜实验表明，150μg/mL NCS-TAuNPs能显著降低生物膜形成，对两种病原体的生物膜减少率分别为85.67±2.46%和77.50±2.8%。基因表达分析显示，纳米材料处理能显著下调毒力基因(entB-F、fimH、pgaA、bla_KPC、bla_NDM1、bla_CTX-M1和luxS)的表达水平。

抗癌活性评估结果显示，TAuNPs和NCS-TAuNPs对MCF-7和HCT-116癌细胞均产生显著细胞毒性。NCS-TAuNPs对MCF-7细胞的IC₅₀值为36.31±2.9μg/mL，对HCT-116细胞为39.85±2.7μg/mL，效果优于单独使用的TAuNPs，且与标准化疗药物5-氟尿嘧啶(5-FU)相比具有竞争力。

这项研究的创新价值在于成功开发了一种绿色、可持续的纳米材料合成方法，将传统药用植物的活性成分与先进纳米技术相结合。NCS-TAuNPs纳米复合材料不仅解决了多重耐药菌感染的治疗难题，同时在癌症治疗方面展现出巨大潜力，实现了"一材多用"的治疗理念。壳聚糖的引入显著提高了纳米材料的生物相容性和稳定性，为后续临床转化奠定了坚实基础。该研究为开发新型纳米药物提供了重要理论依据和技术支持，在应对全球公共卫生挑战方面具有深远意义。