基于 Coleus barbatus 叶提取物的铂纳米颗粒（PtNPs）绿色合成、表征及其抗氧化、抗菌和抗MCF-7乳腺癌活性评价

《Chemistry & Biodiversity》：Phytogenic Synthesis of Platinum Nanoparticles: Characterization and In Vitro Biological Evaluation of Antioxidant, Antimicrobial, and Anticancer Activities

　　

本研究介绍了利用 Coleus barbatus 叶提取物同时作为还原剂和稳定剂，环境友好地合成铂纳米颗粒（platinum nanoparticles, PtNPs）。傅里叶变换红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR）识别出抗坏血酸、萜类、氨基酸和烃类等关键生物分子，这些分子负责还原铂离子。X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）分析证实其具有面心立方（face-centered cubic, FCC）晶体结构，晶粒尺寸为62 nm。Zeta电位测量范围为9.4至11.8 mV，表明中等胶体稳定性。通过扫描电子显微镜（scanning electron microscopy, SEM）和高分辨率透射电子显微镜（high-resolution transmission electron microscopy, HRTEM）进行形貌表征，显示PtNPs为球形，直径在42至65 nm之间。通过抗菌、抗氧化和抗癌实验评估合成PtNPs的生物学效力。这些纳米颗粒对大肠杆菌（Escherichia coli，革兰阴性）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，革兰阳性）表现出显著抗菌活性，有效抑制细菌生长。抗氧化评价显示其具有较强自由基清除能力，尤其是对超氧离子和羟基自由基。此外，对MCF-7乳腺癌细胞系的细胞毒性实验显示其具有强效抗癌特性，IC₅₀值为2.28。上述发现强调C. barbatus介导的PtNPs作为抗菌治疗、抗氧化应用和癌症治疗有效制剂的潜力，突出绿色化学在纳米医学中的前景。

研究背景：绿色纳米技术旨在减少纳米颗粒（nanoparticles, NPs）合成中有害化学副产物的产生。物理和化学方法通常成本较高、依赖有害还原剂，且反应后难以去除残留物，可能带来生物毒性，因而不适用于体内应用。植物提取物合成NPs具有环境友好、快速和一步法等优势，植物中的酰胺、醛、酮、黄酮、萜类、羧酸、酚类和抗坏血酸等可将金属盐转化为金属NPs。铂纳米颗粒（platinum nanoparticles, PtNPs）具有耐腐蚀、抗化学相互作用和较大的比表面积等特性。Coleus barbatus 属于唇形科，含黄酮、鞣质、萜类、还原糖和生物碱等，其中黄酮可作为封端和还原剂。尽管已有多种植物提取物介导PtNPs合成的研究，但利用 C. barbatus 叶提取物绿色合成PtNPs，并系统评价其抗氧化、抗菌和抗MCF-7乳腺癌活性的研究仍需开展。研究人员开展绿色合成、表征及体外生物评价，结论显示所合成PtNPs具有FCC晶型、纳米级粒径和浓度依赖性生物活性，对MCF-7细胞的IC₅₀为2.28 μg/mL，低于顺铂的72.56 μg/mL，提示其在抗菌、抗氧化和癌症治疗中的生物医学潜力。

关键技术方法概述：研究人员以 C. barbatus 叶水提物为还原和稳定剂制备PtNPs；植物材料采自印度Maharashtra省Chandwad的Chandreshwari Mountain，并经植物学鉴定为 C. barbatus（Andrews）Benth. ex G.Don，标本号01；MCF-7（RRID:CVCL_0031）用于体外抗癌评价。表征采用XRD、FTIR、拉曼光谱（Raman spectroscopy；振动模式分析）、场发射扫描电子显微镜（field-emission scanning electron microscopy, FESEM）与能量色散X射线光谱（energy-dispersive X-ray spectroscopy, EDAX）、Zeta电位及高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）与选区电子衍射（selected area electron diffraction, SAED）。生物评价包括抗菌试验、Fenton法羟基自由基清除、DPPH（2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl；稳定自由基）清除和MTT（3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide；细胞活力比色法）。实验以n=3重复，结果以均值±标准差表示，并采用单因素方差分析（ANOVA）及Tukey多重比较。

研究结果：
2.1 Crystalline Phase Characterization by XRD：XRD在2θ为39.8°、46.2°、67.5°、76.36°和78.20°处检出峰，对应FCC的（101）、（200）、（220）、（311）和（222）晶面，与JCPDS #87-0644一致；Scherrer公式得平均晶粒62 nm，Rietveld精修显示立方结构、空间群Fm-3m、a=b=c=3.9820 ?、α=β=γ=90°，微应变0.01607；Williamson–Hall图得晶粒61.9 nm、微应变0.0731，说明形成结晶性PtNPs。
2.2 FTIR Spectroscopy Analysis：FTIR在3400 cm^?1处O─H伸缩、2920和2850 cm^?1处C─H伸缩、1630—1650 cm^?1处C═O伸缩以及640、522和416 cm^?1处Pt金属振动提示叶提取物中生物分子参与Pt⁺还原并在PtNPs表面起还原和封端作用。
2.3 Raman Spectroscopy Analysis：Raman在约3846 cm^?1处宽峰对应O─H伸缩，3162—2755 cm^?1对应C─H伸缩，2192和1596 cm^?1弱带与表面有机物种有关，952、690、346和160 cm^?1弱带与铂纳米结构低频Raman特征一致，提示植物化学物残留于表面。
2.4 FESEM with EDAX Analysis of PtNPs：FESEM显示PtNPs呈花椰菜状分级结构，由紧密堆积的小球形初级纳米晶组成；EDAX在2.7、8.6、9.81、12.3和13.8 keV处检出元素Pt信号，C、O、N弱信号提示残余生物分子吸附于表面并起封端和稳定作用；球形形貌有利于穿透病原体细胞壁。
2.5 Zeta Potential or Electrokinetic Potential of PtNPs：Zeta电位三次测量为?17.3、?16.9和?17.9 mV，平均?17.4 mV，提示带负电生物分子包覆、颗粒间静电排斥和中等胶体稳定性；原文指出生理条件下胶体稳定性还需DLS、PDI及生物介质稳定性等研究。摘要报告Zeta电位范围为9.4—11.8 mV，而2.5节报告三次测量平均?17.4 mV。
2.6 HRTEM with SAED Analysis of PtNPs：TEM显示球形颗粒并有团聚；HRTEM测得晶面间距0.2299和0.1991 nm，分别对应FCC铂（111）和（020）晶面，单个颗粒内多晶取向提示多晶畴；SAED同心衍射环 indexed 为（111）、（020）、（022）、（131）、（222）和（040），确认FCC多晶单相金属结构，无氧化物或杂质相衍射环；粒径分布曲线得平均粒径约65 nm。
3.1 Antimicrobial Assessment of PtNPs：对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，革兰阳性）和大肠杆菌（Escherichia coli，革兰阴性）的抗菌作用呈浓度依赖；3.1节文字报告100 mg/mL时抑菌圈为18 mm（S. aureus）和19 mm（E. coli），50 mg/mL降至14 mm和15 mm，低于25 mg/mL未检出抑制活性；同节后文及数据又显示100 mg/mL约23 mm和21 mm，标准抗生素盘约30 mm和25 mm；S. aureus对NPs更敏感，原文称该作用为中等抗菌作用。
3.2 Mechanism of Antimicrobial Activity：提出ROS介导的抗菌机制：PtNPs表面催化捕获分子氧并发生电子转移，生成超氧阴离子（O₂^•?），进一步形成过氧化氢（H₂O₂）和羟基自由基（•OH），并可能生成单线态氧（¹O₂）；ROS引起脂质过氧化、膜通透性增加、蛋白氧化和DNA损伤，最终导致细胞死亡。原文明确本研究未直接评估细胞内ROS生成或进行ROS清除实验，因此该通路仅为基于既往报道的可能机制。
3.3 Antioxidant Activity of PtNPs：3.3.1 Hydroxyl Radical–Scavenging Potential：Fenton法显示维生素C和PtNPs的羟基自由基清除能力随浓度增加；维生素C在1000 μg/mL时最大约99.43%，PtNPs在100 μL时最大约84.06%，PtNPs低于标准抗氧化剂但具显著抗氧化潜力。3.3.2 Free Radical Scavenging Capacity Against DPPH：DPPH法显示维生素C在1000 μg/mL时清除率约82%—84%，PtNPs在100 μg/mL时约65%—67%；两者均呈浓度依赖，提示PtNPs可提供电子或质子中和DPPH自由基；原文称低和中等浓度下PtNPs清除活性高于抗坏血酸，最高浓度下维生素C最高。
3.4 Cytotoxicity Activity of PtNPs: A MCF7 (a Breast Cancer Cell Line) by MTT Assay：MTT法显示顺铂和PtNPs均使MCF-7细胞存活率随浓度增加而下降、抑制率增加；顺铂IC₅₀为72.56 μg/mL，PtNPs IC₅₀为2.28 μg/mL，PtNPs抑制MCF-7增殖更有效；原文认为其作用可能与PtNPs尺寸小、比表面积大导致氧化应激并启动凋亡有关，并指出需进一步明确分子机制及开展体内有效性和安全性验证。

讨论部分总结：原文讨论强调绿色合成路线可制得FCC相PtNPs，植物生物分子参与还原、封端和稳定，形貌、粒径和表面化学影响生物活性；抗菌活性与ROS介导机制相关，但该机制在本研究中未直接验证；抗氧化活性与电子/质子转移有关；抗癌活性呈剂量依赖，PtNPs对MCF-7的IC₅₀显著低于顺铂。原文同时指出胶体稳定性需DLS、PDI和生理介质研究，ROS机制基于既往报道，抗癌分子机制和体内安全性仍需验证。总体上，C. barbatus介导PtNPs在抗菌、抗氧化和乳腺癌治疗方面具有进一步研究价值。

研究结论部分翻译：本研究采用绿色合成方法制备PtNPs，并用多种方法表征。FTIR分析证实样品中的官能团参与PtNPs的还原和稳定。分析还显示PtNPs为立方构型，空间群为Fm-3m，晶粒约61.9 nm；鉴定出微应变ε=0.018，这可能解释PtNPs晶格畸变引起的某些不一致。FESEM图像显示由小球形二级纳米结构紧密堆积成花椰菜状分级纳米结构。TEM分析表明样品尺寸处于纳米范围，平均粒径65 nm，确认PtNPs成功合成。Raman光谱显示与Pt晶格振动相关的特征峰；Pt─O和Pt─N键的检出提示NP表面存在生物分子。Zeta电位分析显示合成样品平均Zeta电位为?17.4 mV。PtNPs的生物学评价显示其应用潜力。抗菌评估清楚显示PtNPs可抑制S. aureus和E. coli生长；100 mg/mL时抑菌圈分别为18 mm和19 mm，降至50 mg/mL时抗菌效力明显下降。羟基法抗氧化评价显示PtNPs抗氧化活性依赖测试样品浓度，同时阳性对照活性高于标准品。MTT法评估PtNPs的细胞毒性，结果显示癌细胞活力下降与剂量相关；样品IC₅₀为2.28 μg/mL，显著低于顺铂的72.56 μg/mL。这些发现证明绿色方法制备的PtNPs在生物医学应用中具有显著潜力。