钴银核壳纳米粒子作为光活性候选物对亚历山大双脐螺及曼氏血吸虫幼虫的杀灭效果评价

《The Journal of Basic and Applied Zoology》：Evaluation of cobalt silver core shell as a novel photoactive candidate for Biomphalaria alexandrina snails and Schistosoma mansoni larvae

　　

： 血吸虫病仍然是全球重大的公共卫生问题，迫切需要开发新型且高效的媒介控制策略以阻断寄生虫的传播循环。本研究通过简便的化学还原法成功合成了新型钴银（Co@Ag）核壳纳米粒子，利用硼氢化钠受控水解产生的氢气还原硝酸银。核壳纳米结构的成功形成通过特征性的深黄色得以直观确认，紫外-可见光谱显示在约410 nm处出现尖锐的表面等离子体共振（SPR）吸收峰。合成的双金属纳米粒子在水介质中表现出卓越的胶体稳定性，数月内无聚集现象，保持稳定。透射电子显微镜（TEM）确认了明确的核壳形貌，动态光散射（DLS）显示平均粒径约为170 nm。此外，傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证了表面稳定官能团的存在，识别出O–H、C–H、C–N和N–H键的特征伸缩振动。这些稳定的Co@Ag核壳纳米粒子在多种催化和生物医学应用中展现出巨大潜力。本研究评估了钴银核壳双金属纳米粒子对中间宿主亚历山大双脐螺（Biomphalaria alexandrina）及曼氏血吸虫（Schistosoma mansoni）幼虫期的杀螺活性、内分泌学、生化学及超微结构效应。毒性试验揭示了显著的浓度依赖性杀螺活性，LC90值为134.48 ppm。在暗孵育（6小时）与光照（3小时）联合条件下，亚致死浓度（LC10和LC25）暴露诱导螺体匀浆组织出现显著的生理紊乱。具体而言，17β-雌二醇、总雌激素和睾酮水平显著降低（p < 0.001），而孕酮水平显著升高（p < 0.001至p < 0.01）。同时，氮氧化物水平出现显著的浓度依赖性升高（p < 0.001），表明存在明显的氧化应激。此外，扫描电子显微镜（SEM）显示，在短期暴露（暗处理10分钟，光照30分钟）后，曼氏血吸虫毛蚴和尾蚴出现严重的时间及浓度依赖性形态改变，其特征为表面皱缩、起泡、表皮肿胀及灾难性结构降解。这些发现凸显了钴银核壳纳米粒子作为血吸虫病媒介及寄生虫控制候选物的强大多靶点功效。

论文解读文章：

一、研究背景与意义

血吸虫病作为一种重大媒介传播寄生虫病，在全球范围内持续构成严重的公共卫生威胁。淡水螺类作为血吸虫属寄生虫不可或缺的中间宿主，在寄生虫感染脊椎动物宿主之前，承担着其关键的发育和繁殖阶段。因此，靶向中间宿主种群成为阻断疾病传播链的核心策略。传统上，媒介控制高度依赖合成化学杀螺剂，然而其大规模应用带来了严重的生态危害，包括水生毒性、对非靶标生物的不良影响以及长期环境退化。这些环境关切凸显了对生态友好、高效替代方案的迫切需求，以期在减轻生态影响的同时成功打破寄生虫传播周期。

在此背景下，双金属核壳纳米结构因其兼具不同金属的协同特性而备受关注。银纳米粒子（AgNPs）在农业、抗菌及光热治疗等领域展现出广泛的应用价值，但未加修饰的银纳米粒子积累可能引发不良全身效应。钴纳米粒子则因其独特的磁性、生物可降解性、生物相容性及易功能化特性而受到关注。将银锚定在铁磁性过渡金属核上，为优化性能并缓解单一金属纳米粒子的局限性提供了先进的结构解决方案。磁性-等离子体核壳纳米粒子（MPNPs）在光照下，等离子体壳层通过光热能量转换将吸收的光能高效转化为局部热量，实现靶向细胞消融；同时磁性核改变局部磁化场，使纳米结构可作为成像造影剂和可引导药物载体。

本研究的核心创新在于将先进材料科学与媒介传播疾病管理相结合，首次引入双金属钴银核壳（Co@Ag）纳米杂化物作为新型光活性杀螺剂。以往研究虽聚焦于核壳纳米复合材料在废水污染物降解或有机染料去除方面的应用，但其在生物媒介控制领域的潜力尚未被充分探索。本研究开创性地利用银和钴在核壳架构内的光学、磁性和催化特性协同作用，靶向亚历山大双脐螺及曼氏血吸虫幼虫阶段，实现了从传统化学控制向创新、生态友好型纳米技术疾病媒介根除策略的范式转变。

二、研究设计与技术方法

研究人员通过化学还原法合成钴银核壳纳米粒子，利用硼酸钠受控水解产生的氢气还原硝酸银，并通过紫外-可见光谱（UV-Vis）、透射电子显微镜（TEM）、动态光散射（DLS）及傅里叶变换红外光谱（FTIR）对纳米粒子进行系统表征。实验所用亚历山大双脐螺（Biomphalaria alexandrina）培养于埃及吉萨Theodor Bilharz研究所（TBRI）医学贝类学系，曼氏血吸虫（Schistosoma mansoni）毛蚴和尾蚴均获取自TBRI血吸虫生物供应中心（SBSC）。研究人员采用生物测定法确定LC₁₀、LC₂₅、LC₅₀和LC₉₀值，通过酶联免疫吸附测定（ELISA）检测类固醇性激素水平，采用比色法测定氮氧化物（NO）水平，并利用扫描电子显微镜（SEM）观察幼虫体表形态变化。

三、研究结果

钴银核壳纳米粒子的合成与表征

研究人员通过化学还原法成功合成了Co@Ag核壳纳米粒子，反应混合物呈现特征性深黄色，确认核壳纳米结构的形成。UV-Vis光谱显示在约410 nm处出现尖锐的表面等离子体共振（SPR）吸收峰。TEM显微照片清晰展示了明确的核壳形貌，DLS测量显示平均流体动力学直径约为170 nm。FTIR分析确认了纳米粒子表面存在O–H、C–H、C–N和N–H键的特征伸缩振动，表明表面稳定官能团的存在。值得注意的是，这些核壳纳米粒子在水介质中表现出卓越的胶体稳定性，超过两年无聚集或沉淀现象。

Co@Ag核壳纳米粒子对亚历山大双脐螺的杀螺活性

杀螺活性试验显示，Co@Ag核壳纳米粒子对亚历山大双脐螺表现出显著的毒性效应，LC₉₀值为134.48 ppm。实验方案为暗孵育6小时、光照3小时，随后在清水中恢复24小时。陡峭的斜率值表明双脐螺对纳米粒子的敏感性严格呈浓度依赖性。

Co@Ag核壳纳米粒子对亚历山大双脐螺匀浆组织性激素水平的影响

在6小时暗孵育期间，17β-雌二醇水平从对照组248.73 pg/ml显著降至LC₁₀组的183.2 pg/ml和LC₂₅组的201.43 pg/ml；后续3小时光照进一步将其降至164.9 pg/ml（LC₁₀）和131.2 pg/ml（LC₂₅）。总雌激素水平在暗期从89.56 ng/ml降至61.86 ng/ml（LC₁₀）和77.63 ng/ml（LC₂₅），光照后进一步降至50.36 ng/ml和36.86 ng/ml。睾酮水平在暗孵育期间降至4.16 ng/ml（LC₁₀）和5.33 ng/ml（LC₂₅），光照后进一步降至3.7 ng/ml和3.2 ng/ml。相反，孕酮水平在暗期从12.53 ng/ml显著升至15.6 ng/ml（LC₁₀）和14.86 ng/ml（LC₂₅），光照后进一步升至16.53 ng/ml和18.73 ng/ml。

Co@Ag核壳纳米粒子对亚历山大双脐螺匀浆组织氮氧化物水平的影响

氮氧化物水平呈现显著的浓度依赖性升高。LC₁₀处理组暗孵育期间为8.56±0.05 nmol/l，光照后升至10.23±0.2 nmol/l；LC₂₅处理组暗期记录为7.5±0 nmol/l，光照后显著升至12.73±0.05 nmol/l。所有处理组均较对照组（仅光照，基线水平4.4±0.09 nmol/l）呈现高度显著升高。

Co@Ag核壳纳米粒子诱导曼氏血吸虫毛蚴和尾蚴体表形态变化

SEM分析揭示了浓度依赖性的深刻形态改变。正常毛蚴呈延长、纤毛状形态，具有完整的表皮板、顶乳突和光滑体被。LC₁₀处理诱导表面皱缩和喷发状纹理；LC₂₅处理引发表面起泡、整体变形和光照后的严重结构塌陷。正常尾蚴具有明确的头部和尾部区域、完整的口吸盘和腹吸盘及完整的感觉体被。LC₁₀暴露触发早期局部变形，光照后发展为显著体被起泡；LC₂₅处理导致严重渗透性肿胀、表面喷发和广泛囊泡化，最终在联合处理条件下出现灾难性结构崩溃和体被完全解体。

四、讨论与结论

讨论部分指出，Co@Ag核壳纳米粒子的毒性机制涉及内在毒性与光增强光热毒性的协同作用。纳米粒子暴露触发活性氧（ROS）和活性氮（RNS）的过度产生，破坏细胞氧化还原平衡，促进脂质过氧化、蛋白质氧化和程序性细胞死亡。钴组分可诱导外周白细胞DNA链断裂并阻碍DNA修复。银离子释放可直接结合关键膜蛋白，导致蛋白失活和细胞通透性改变。内分泌干扰方面，纳米粒子与细胞内生物分子相互作用并破坏抗氧化防御，导致性激素稳态严重失衡，直接威胁媒介螺类的繁殖完整性和种群动态。氮氧化物的病理学过度产生与升高的ROS共同引发严重硝化应激，形成高反应性过氧亚硝酸盐氧化剂，压垮内源性抗氧化防御。

研究结论表明，本研究成功构建并表征了稳定的钴银核壳双金属纳米粒子，具有410 nm处的特征表面等离子体共振峰和170 nm的平均流体动力学尺寸。纳米杂化物对亚历山大双脐螺展现出强效的浓度及光照依赖性杀螺功效，在优化的暗-光暴露方案下LC₉₀值达134.48 ppm。机制层面，暴露诱导深刻的内分泌紊乱，表现为17β-雌二醇和睾酮水平显著抑制、孕酮升高以及一氧化氮显著增加，且光激活光热治疗后效应显著放大。此外，扫描电子显微镜证实曼氏血吸虫毛蚴和尾蚴出现严重的浓度依赖性结构降解和体被损伤。这些发现凸显了钴银核壳纳米粒子作为血吸虫病媒介和寄生虫控制候选物的强大多靶点功效，为疾病媒介根除提供了创新且生态友好的纳米技术策略。