海洋放线菌介导生物合成二氧化钛纳米颗粒的多维生物医学应用研究

本研究利用海洋放线菌Streptomyces vinaceusdrappus AMG31生物合成二氧化钛纳米颗粒(TiO2-NPs)，通过系统表征证实其高结晶度、10-50 nm球形结构及优异稳定性。该纳米材料展现出广谱生物活性：抗氧化(DPPH清除率94.6%)、促伤口愈合(48小时闭合率66.6%)、选择性抗癌(Caco-2细胞IC50 74.1μg/ml)及强效抗菌(对粪肠球菌抑菌圈37mm)，其低溶血率(<2%)和多重生物相容性为纳米药物开发提供新策略。

　　

在纳米医学快速发展的今天，传统化学法合成的金属氧化物纳米颗粒面临环境毒性大、生物相容性差等瓶颈。同时，糖尿病、耐药菌感染和癌症等全球健康挑战亟需新型多功能治疗剂。针对这些需求，苏伊士运河大学和爱资哈尔大学的研究团队创新性地利用红海沉积物分离的海洋放线菌Streptomyces vinaceusdrappus AMG31，开发出具有多重生物医学功能的绿色合成二氧化钛纳米颗粒(TiO₂-NPs)，相关成果发表在《Scientific Reports》期刊。

研究采用微生物发酵结合溶胶-凝胶法合成纳米颗粒，通过TEM、XRD等表征技术确认其理化特性，并系统评估了抗氧化、伤口愈合、血液相容性、抗癌、降血糖及抗菌等六大类生物活性。实验所用癌细胞系(Caco-2、PANC-1)和菌株(ATCC标准菌株)均来自权威保藏中心。

【Biosynthesis and characterization of TiO₂-NP】
透射电镜显示TiO₂-NPs呈均匀球形(10-50nm)，XRD证实为锐钛矿晶型(主峰2θ=25.57°)，FT-IR检测到参与合成的生物分子特征峰(3360 cm^-1处N-H键)。动态光散射测得流体力学直径684.4 nm，Zeta电位-24 mV表明胶体稳定性。

2-NPs形貌及粒径分布'>

【Biomedical applications】
抗氧化测试显示浓度依赖性活性：1000μg/ml时DPPH和ABTS清除率分别达94.6%和88.2%，IC₅₀值(11.1-14.36μg/ml)显著优于植物源参照物。伤口愈合实验显示76.54μg剂量组48小时闭合率较对照组提升6.4%。

【Hemocompatibility assessment】
血液相容性突出：1000μg/ml时溶血率仅1.9%，75μg/ml剂量下凝血时间适度延长(PT 14.2秒，PTT 43秒)，符合医用材料标准。

【In-vitro cytotoxicity】
对结肠癌Caco-2(IC₅₀ 74.1μg/ml)和胰腺癌PANC-1(IC₅₀ 71.0μg/ml)具选择性毒性，而对正常WI38细胞毒性较低(IC₅₀ 153.1μg/ml)。电镜观察到癌细胞出现膜起泡、染色质凝聚等凋亡特征。

【Antidiabetic activity】
通过抑制α-淀粉酶(IC₅₀ 69.3μg/ml)和α-葡萄糖苷酶(IC₅₀ 40.8μg/ml)发挥降糖作用，后者抑制效率更显著，提示对餐后血糖调控更具优势。

【Antimicrobial activity】
对革兰阳性菌(尤其粪肠球菌)抑菌圈达37±0.1 mm，优于庆大霉素对照(28±0.1 mm)；对大肠杆菌MIC低至6.25μg/ml。SEM显示细菌处理组出现细胞膜破裂、形态畸变。

2-NPs处理前后细菌形态变化'>

【Antibiofilm】
在75% MBC浓度下，对细菌生物膜抑制率达90.8-98.2%，对白色念珠菌生物膜抑制率97.3%，显著优于常规抗真菌药氟康唑。

该研究首次报道海洋放线菌合成TiO₂-NPs的多功能生物活性，其创新性体现在：1) 微生物合成路径绿色高效；2) 材料兼具治疗(抗癌、抗菌)与辅助治疗(促愈合、降糖)功能；3) 通过ROS介导的p53凋亡通路和细胞膜破坏实现选择性毒性。尽管仍需开展体内毒性验证，这种"一材多用"的纳米平台为开发抗感染-抗肿瘤联合疗法提供了新思路，特别是在耐药菌和糖尿病并发症等复杂病理场景中展现应用潜力。研究建立的生物合成方法也为其他医用纳米材料的开发提供了技术参考。