巴西红蜂胶功能化生物源金纳米颗粒在前列腺癌细胞模型中的细胞毒性潜力

《Applied Organometallic Chemistry》：Cytotoxic Potential of Biogenic Gold Nanoparticles Functionalized With Brazilian Red Propolis in Prostate Cancer Cell Models

金纳米颗粒通过绿色合成方法制备，并负载巴西红蜂胶提取物（BRP-GNPs），研究其对前列腺癌（PC3和LNCaP细胞）的细胞毒性作用。结果显示BRP-GNPs的IC50值分别为45.09和95.15 μg/mL，通过诱导细胞周期阻滞及凋亡/坏死机制抑制癌细胞增殖，且在3D球状模型中表现出更强的纳米颗粒摄取和细胞毒性效果。

　　金纳米颗粒（GNPs）因其在医学领域的应用潜力而备受关注。它们不仅能够作为传感器、分子和成像诊断工具，还可以作为药物输送系统，为癌症治疗提供了新的思路。然而，传统合成方法中使用的化学试剂往往具有较高的毒性和环境影响，限制了其在生物医学中的广泛应用。因此，绿色合成技术作为一种简单、低成本且环境友好的方法，逐渐成为研究热点。这种技术利用植物、藻类、细菌或真菌作为还原剂和稳定剂，能够有效地在纳米颗粒表面结合天然分子，为生物医学应用提供了新的可能性。特别是巴西红树脂（BRP）提取物，其丰富的酚类化合物和药理活性使其成为研究癌症治疗的潜在材料。

本研究的目的是评估由巴西红树脂提取物功能化的生物源性金纳米颗粒（BRP-GNPs）在前列腺癌（PCa）细胞模型中的细胞毒性作用。首先，通过物理化学表征方法理解纳米颗粒的结构特性，随后进行体外生物学研究。研究结果表明，BRP-GNPs在二维（2D）和三维（3D）前列腺癌细胞培养模型中均表现出细胞毒性作用，同时对健康前列腺组织细胞系也显示出一定的影响。这一发现不仅揭示了BRP-GNPs在癌症治疗中的潜力，还为它们在肿瘤预防中的应用提供了新的方向。

在绿色合成过程中，BRP提取物不仅作为还原剂，还作为稳定剂，能够有效地将金离子还原为金属金，并在纳米颗粒表面形成稳定的有机层。这种结构特性使BRP-GNPs在生物医学领域具有更高的安全性和应用前景。通过动态光散射（DLS）技术，研究团队获得了BRP-GNPs的平均水动力直径和多分散指数（PDI），而电泳光散射（ELS）技术则用于评估纳米颗粒的ζ电位。结果显示，BRP-GNPs具有单峰分布，且ζ电位为负值，表明其具有良好的稳定性。

X射线光电子能谱（XPS）和小角X射线散射（SAXS）分析进一步确认了BRP-GNPs表面的有机化合物存在，以及纳米颗粒的聚集状态。这些分析不仅揭示了纳米颗粒的表面化学性质，还帮助研究人员理解其在生物体系中的行为。XPS数据显示，纳米颗粒表面存在碳、氧和金元素，而SAXS分析则表明纳米颗粒的尺寸分布和聚集特性，从而为纳米颗粒在生物体系中的行为提供了更全面的视角。

在生物学研究中，研究人员使用了多种方法评估BRP-GNPs的细胞毒性作用。细胞毒性实验采用96孔板，将BRP-GNPs与前列腺癌细胞系（PC3和LNCaP）进行接触，测量细胞活力的变化。结果显示，BRP-GNPs对PC3和LNCaP细胞分别表现出45.09和95.15 μg/mL的半数抑制浓度（IC50），表明其具有显著的抗增殖活性。此外，BRP-GNPs还能够通过细胞凋亡和坏死机制诱导细胞死亡，这在前列腺癌细胞中尤为明显。

细胞凋亡和坏死的机制分析显示，BRP-GNPs对PC3和LNCaP细胞的作用机制有所不同。PC3细胞主要通过凋亡途径被BRP-GNPs诱导死亡，而LNCaP细胞则表现出较高的坏死率。这一现象可能与细胞类型及其内部的生物学通路有关，表明不同细胞对纳米颗粒的响应存在差异。同时，研究还观察到BRP-GNPs在三维细胞模型中表现出更高的细胞毒性作用，这可能与其在细胞内的渗透能力和聚集特性有关。

为了进一步确认BRP-GNPs的细胞摄取过程，研究团队采用了透射电子显微镜（TEM）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术。TEM图像显示，BRP-GNPs能够进入细胞内部，形成内吞小泡，并在细胞质中分布。ICP-MS分析则量化了纳米颗粒在细胞内的摄取量，结果显示PC3细胞对BRP-GNPs的摄取率高于LNCaP细胞，这可能与细胞类型及其表面特性有关。这些数据不仅验证了纳米颗粒的细胞摄取能力，还为它们在癌症治疗中的应用提供了依据。

此外，研究还探讨了BRP-GNPs在三维细胞模型中的作用机制。在三维模型中，细胞的增殖能力受到更大影响，IC50值显著低于二维模型。这一结果表明，三维模型更接近于体内环境，能够更真实地反映纳米颗粒的生物学行为。通过ATP荧光检测法，研究人员评估了三维细胞模型的细胞活力变化，进一步支持了BRP-GNPs的细胞毒性作用。

研究还指出，BRP-GNPs的细胞毒性作用可能与其表面功能化有关。表面结合的天然分子不仅能够提高纳米颗粒的稳定性，还可能通过多种机制影响细胞行为，包括细胞周期阻滞、细胞凋亡和坏死等。这些机制的探讨为理解BRP-GNPs在癌症治疗中的作用提供了理论基础。

综上所述，本研究展示了BRP-GNPs在前列腺癌治疗中的潜力。通过绿色合成方法，研究人员成功制备了具有良好稳定性和生物相容性的纳米颗粒，并在体外实验中验证了其细胞毒性作用。这些结果不仅为纳米颗粒在生物医学中的应用提供了新的思路，还为未来的研究方向提供了重要参考。尽管BRP-GNPs对非肿瘤细胞也表现出一定的毒性，但在更复杂的三维模型中，其细胞毒性作用更加显著，这可能有助于降低治疗剂量和减少副作用。因此，BRP-GNPs作为一种新型的抗肿瘤材料，具有广阔的应用前景。