Au–Pt–Ag纳米流体的物理化学性质表征、初步生物活性研究以及探索性的计算分析

《Bioorganic Chemistry》：Physicochemical characterization, preliminary biological activity, and exploratory computational analysis of Au–Pt–Ag nanofluids

　　• 合成了Au–Pt–Ag三元纳米流体并对其进行了全面表征。
• 这些纳米流体显示出强大的抗炎活性（IC?? = 12.78 ± 0.56 μM）。
• 对抗结核分枝杆菌H37Rv时观察到显著的抗结核活性。
• DFT和MD模拟揭示了电子与纳米生物界面的相互作用特征。
• 综合实验和计算分析支持其潜在的生物医学应用。

**引言**
结核病（TB）由结核分枝杆菌引起，仍然是全球最紧迫的健康挑战之一，而多重耐药（MDR）和广泛耐药（XDR）菌株的迅速出现进一步加剧了这一问题[1]。传统的治疗方案依赖于长期使用多种抗生素，往往导致患者依从性差、全身毒性以及细菌清除不完全。这些限制显著促进了耐药菌株的持续存在和演化，因此迫切需要能够提高抗菌效果并减少治疗相关局限性的替代策略[2],[3]。
纳米技术作为一种变革性方法在生物医学领域崭露头角，使得开发具有可调物理化学性质和生物相互作用的纳米系统成为可能。其中，金属纳米流体因其高表面积与体积比、可调节的表面化学性质、增强的反应性以及在纳米生物界面与生物大分子相互作用的能力而受到越来越多的关注[4],[5]。虽然单金属纳米颗粒已显示出有前景的抗菌特性，但多金属纳米结构通过整合多种金属成分提供了调节表面组成、电子环境和生物相互作用的额外机会。
含有贵金属（如金（Au）、铂（Pt）和银（Ag）的多金属系统特别有趣，因为它们的综合物理化学性质可能影响表面介导的相互作用、催化行为和生物反应。然而，多金属组成、电子特性与生物功能之间的关系尚未得到充分理解，特别是关于观察到的生物效应是源自纳米颗粒表面、离子贡献还是纳米-蛋白质相互作用。
炎症在宿主防御和疾病进展中起着双重作用；虽然它对于抵抗感染至关重要，但失控的炎症反应可能导致组织损伤和疾病严重程度加重，包括在结核病感染期间。慢性炎症与免疫调节异常和病理进展有关，因此需要能够调节炎症反应的策略。常用的抗炎剂（如双氯芬酸钠）在长期使用时会伴随胃肠道、肾脏和心血管并发症[6],[7]。因此，正在探索能够调节蛋白质稳定性并改善兼容性的替代方法。纳米材料在这种背景下提供了一个有前景的平台，因为它们能够通过表面介导的机制与蛋白质相互作用并影响生物过程。
最近的研究表明，金属纳米结构可以通过多种途径表现出抗菌效果，包括活性氧（ROS）相关的应力、与微生物膜的相互作用、电子转移过程以及干扰关键生物分子成分[8]。然而，许多研究主要关注生物学结果，而对纳米尺度物理化学性质如何影响分子水平生物相互作用的系统理解仍在进行中。
在结核病的背景下，了解纳米-生物与分枝杆菌蛋白质的相互作用尤为重要，因为细菌蛋白质是生存、代谢和致病性的关键功能组成部分。计算方法可以提供有关纳米结构与生物目标之间可能相互作用模式的初步见解；然而，这些预测需要仔细解释，因为传统的分子对接、分子动力学和ADMET工具主要是为小有机分子开发的。最近的研究展示了分子对接、密度泛函理论（DFT）和ADMET预测与实验抗菌评估的互补使用，强调了在研究潜在抗菌候选物时整合计算表征与生物测试的价值。
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在这种情况下，Au–Pt–Ag三元纳米结构代表了一类多功能纳米材料。结合金（Au）和银（Ag）的等离子体特性与铂（Pt）的催化和电子特性是一个机会。与其假设完全形成合金，不如认为多种金属成分的存在可能产生改变的表面环境和电子相互作用，从而影响纳米-生物行为。尽管对多金属纳米材料的兴趣日益增加，但它们与生物系统的相互作用，特别是对抗结核分枝杆菌的作用，仍然相对较少探索。需要进行生物评估和计算分析，以理解三元组成与生物反应之间的关系。
为了解决这一研究空白，本研究采用综合实验和计算方法研究了Au–Pt–Ag三元纳米流体。合成的纳米流体通过互补的物理化学技术进行了表征，以评估其形态、元素组成、结构特征和胶体行为。使用牛血清白蛋白（BSA）变性测定法评估了其抗炎活性，而使用微孔板Alamar Blue测定法评估了其对结核分枝杆菌H37Rv的抗结核活性。
此外，还采用了计算方法来探索可能的纳米-生物相互作用行为。使用选定的结核分枝杆菌蛋白质目标（PDB ID：7SFM）进行了分子对接分析，以研究潜在的相互作用区域和结合倾向。所选蛋白质被用作代表性的生物目标来探索可能的纳米颗粒-蛋白质关联，而不是确定性的抑制机制。进行了分子动力学模拟，以评估蛋白质-纳米簇系统的结构变化和构象行为。进行了密度泛函理论（DFT）分析，以获取与选定金属簇模型相关的电子描述符，提供有关表面电学性质的信息。此外，还进行了ADMET分析作为初步的计算评估，考虑到基于纳米颗粒的系统需要进一步的实验验证。
本工作的新颖之处在于通过连接物理化学性质、生物活性和计算预测的纳米-生物相互作用，对Au–Pt–Ag三元纳米流体进行了综合评估。本研究不是将活性归因于单一机制，而是提供了关于多金属纳米架构如何影响生物反应的更广泛理解。
总体而言，这项研究为Au–Pt–Ag三元纳米流体在抗菌和抗炎相关应用中的潜在作用提供了见解。这些发现有助于更好地理解多金属纳米-生物界面，并为未来涉及详细机制验证、生物安全评估和单/双金属系统的比较研究奠定了基础。

**部分摘录**
**UV-可见光谱分析**
使用UV-可见光谱研究了合成而成的单金属、双金属和三元纳米流体的光学特性，以评估它们的局部表面等离子体共振（LSPR）行为和组成依赖性的光学变化（图1）。银纳米流体展示了一个大约位于410 nm的特征吸收带，对应于银纳米颗粒的LSPR响应。同样，金纳米流体在525 nm附近显示了强烈的吸收带，确认了...

**结论**
在本研究中，采用综合实验方法研究了Au–Pt–Ag纳米流体的物理化学特性和初步的体外生物活性。UV-可见光谱、XRD、XPS、DLS、FE-SEM/EDX、元素映射和TEM提供了关于光学响应、结晶度、表面化学状态、流体动力学行为、形态和元素组成的互补信息。结果支持Au、Pt和Ag存在于晶态中...

**Au–Pt–Ag三元纳米流体的合成**
从HiMedia Laboratories Pvt. Ltd.（印度孟买）购买了四氯金(III)酸氢盐（HAuCl?·3H?O）和六氯铂(IV)酸氢盐（H?PtCl?·xH?O）。硝酸银（AgNO?）和三钠柠檬酸二水合物（Na?C?H?O?）从Merck（印度）获得。所有化学品均为分析试剂级，按收到状态直接使用，无需进一步纯化。整个合成过程中使用了超纯去离子水。

**蛋白质结合位点的鉴定**
从蛋白质数据银行（PDB）检索了选定的结核分枝杆菌蛋白质（PDB ID：7SFM）的三维晶体结构，并使用蛋白质表面地形计算图谱（CASTp）服务器进行分析，以识别可能参与纳米-生物相互作用的潜在表面口袋和可访问的空腔。CASTp根据空腔面积、体积和残基组成的几何计算预测溶剂可及的口袋，从而提供...

**作者贡献声明**
Amit Dubey：写作-审稿与编辑，写作-原始草稿，可视化，验证，监督，软件，资源，项目管理，方法论，研究，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。

**伦理声明**
不适用

**资金声明**
本研究未获得任何资金支持。

**未引用的参考文献**
[9],[10],[11],[35],[53],[57],[58],[59],[60]

**利益冲突声明**
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

**Amit Dubey**