利用海草（Halodule uninervis 和 Syringodium isoetifolium）通过绿色合成方法制备氧化锌纳米颗粒，并对其对 HepG2 细胞系的活性进行表征

《Inorganic Chemistry Communications》：Green synthesis and characterization of zinc oxide nanoparticles using seagrasses Halodule uninervis and Syringodium isoetifolium against HepG2 cell line

本研究以海草Halodule uninervis和Syringodium isoetifolium为原料，通过绿色合成法制备ZnO纳米颗粒，并采用多种表征技术验证其结构。实验表明，合成纳米颗粒对HepG2肝癌细胞具有显著抑制作用，IC50分别为64.02和88.49 μg/mL，优于海草提取液及标准药物，证实其潜在抗癌应用价值。

　　

帕尔塔萨拉蒂·佩鲁马尔（Parthasarathi Perumal）| 迪维亚·西瓦库马尔（Divya Sivakumar）| 科西纳波古·苏达卡（Kosinapogu Sudhakar）| 杰罗姆·罗扎里奥·迈克尔·拉杰（Jerome Rozario Michael Raj）| 卡马拉拉詹·潘杜伦甘（Kamalarajan Pandurengan）| 苏雷什·拉蒂纳萨米（Suresh Rathinasamy）| 杰亚拉曼·维纳亚加姆（Jayaraman Vinayagam）

印度泰米尔纳德邦金奈600097，Greensmed实验室分子与细胞生物学系

摘要

在现代药物发现中，氧化锌（ZnO）纳米颗粒（NPs）的绿色合成为研究人员提供了一种新方法，这些纳米颗粒具有包括抗癌和抗菌在内的多种潜在生物应用。在本研究中，使用Halodule uninervis和Syringodium isoetifolium的水提取物合成了ZnO纳米颗粒，并对其进行了针对HepG2细胞的筛选。合成的ZnO纳米颗粒通过紫外-可见光（UV–Vis）光谱、傅里叶变换红外（FTIR）光谱、扫描电子显微镜（SEM）、动态光散射（DLS）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和能量色散X射线（EDX）分析进行了表征。使用MTT（3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯四唑溴化物）和吖啶橙/乙锭溴化物（AO/EtBr）双染色方法评估了ZnO纳米颗粒对HepG2细胞的抗癌活性。UV–Vis光谱显示在365 nm处有特征吸收峰，证实了ZnO纳米颗粒的形成。SEM和TEM分析表明这些纳米颗粒呈球形，而FTIR、DLS、XRD和EDX分析进一步证实了ZnO纳米颗粒的成功合成。生物合成的ZnO纳米颗粒表现出强烈的抗癌活性，其对HepG2细胞的IC50值分别为64.02 μg/mL和88.49 μg/mL。相比之下，Halodule uninervis和Syringodium isoetifolium的水提取物抗癌活性较低，IC50值大于100 μg/mL，而标准多柔比星（doxorubicin）的IC50值为10.09 μg/mL。AO/EtBr双染色结果表明这些纳米颗粒诱导了HepG2细胞的凋亡。这些发现表明，由海草介导的ZnO纳米颗粒对肝细胞癌（HCC）具有显著的抗癌潜力，可能成为治疗HCC的新药物。

引言

全球范围内，海洋天然产物是开发新型靶向药物的重要来源[1]。据报道，从海洋生物中提取的多种生物活性化合物具有显著的抗癌、抗氧化、抗菌、抗病毒和抗疟疾作用[2][3]。海草为我们研究中的药物发现开辟了新的途径。这些植物是一类独特的海洋开花植物，广泛分布于热带和温带的潮间带及亚潮间带海域[4]。海草生态系统为多种海洋生物提供食物和栖息地，并为人类提供了宝贵的生物应用价值，包括抗氧化[5]、抗炎[6]、抗癌[7]、抗糖尿病[8]、抗病毒[9]、抗菌[10]和抗真菌[11]作用。

Halodule uninervis（Forssk.）Boiss.，通常被称为“针叶”海草，属于Cymodoceaceae科，广泛分布于印度洋和西太平洋沿岸。据报道，Halodule uninervis具有潜在的抗菌和抗糖尿病作用[12]。同样，Syringodium isoetifolium（Asch.）Dandy（Cymodoceaceae科），通常被称为“面条”海草，分布于印度海岸线和太平洋地区。该物种也表现出多种药理特性，包括抗氧化和抗菌效果[13]。

海草无毒[14]，可用于植物化学提取、生物活性分子的分离以及具有潜在药理和工业应用的纳米产品的合成[15]。从海草中提取的纳米颗粒的绿色合成已被广泛研究，以探索其抗菌[16]、抗癌[17]和抗氧化[18]等生物活性。总体而言，来自海草的纳米颗粒具有快速溶解性和显著的治疗应用潜力[19]。由于生物相容性、环保性、低成本和对人类的低毒性，ZnO纳米颗粒的绿色合成已成为生物医学、纺织和化妆品行业的有前景的方法[20]。特别是来自植物来源的ZnO纳米颗粒，已显示出良好的抗癌和抗炎机制[21]。这些发现促使本研究重点关注从海草中合成ZnO纳米颗粒，并评估其对HCC细胞系的疗效。因此，本研究首次报道了从Halodule uninervis和Syringodium isoetifolium中绿色合成ZnO纳米颗粒，并评估了其对HCC细胞系的抗癌活性。

海草提取物的制备

Halodule uninervis和Syringodium isoetifolium是从印度泰米尔纳德邦拉梅斯瓦兰（Rameswaram）的曼纳尔湾（Gulf of Mannar）曼达帕姆（Mandapam）沿海地区采集的。新鲜海草用蒸馏水仔细清洗后，在阴凉处晾干两周。干燥后的海草用电动研磨机研磨成粉末，并储存在密封容器中。

每种海草粉末取10克，用100毫升Millipore水在60°C下提取20分钟，然后通过Whatman No.1滤纸过滤。滤液……

UV–Vis光谱分析

使用来自同一家族的海草提取物（Halodule uninervis和Syringodium isoetolium）合成的绿色ZnO纳米颗粒的UV–Vis光谱分析显示，两种物种在365 nm处都有明显的吸收峰（图2，图3），这与它们的相应水提取物相比具有特征性。

傅里叶变换红外分析

通过FTIR光谱分析鉴定了Halodule uninervis和Syringodium isoetolium提取物及其相应的ZnO纳米颗粒中存在的官能团

讨论

海洋海草含有多种植物成分，如生物碱、黄酮类、酚类、单宁和萜类，这些成分赋予了它们广泛的治疗特性。这些植物化学物质作为天然还原剂，有助于各种金属纳米颗粒（如银[17]、金[26]和二氧化钛[16]的绿色合成。然而，只有少数研究探索了使用海草提取物合成ZnO纳米颗粒的方法。

结论

本研究成功地使用Halodule uninervis和Syringodium isoetolium的水提取物通过绿色合成方法合成了氧化锌纳米颗粒（ZnO NPs），并对其进行了全面表征。合成的HU-ZnO和SI-ZnO NPs表现出明确的物理化学性质，并对人类肝细胞癌（HepG2）细胞系表现出剂量依赖性的显著抗增殖活性。

CRediT作者贡献声明

帕尔塔萨拉蒂·佩鲁马尔（Parthasarathi Perumal）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、软件使用、项目管理、方法论设计、实验实施、数据分析、概念构建。 迪维亚·西瓦库马尔（Divya Sivakumar）：初稿撰写、软件使用、方法论设计。 科西纳波古·苏达卡（Kosinapogu Sudhakar）：验证、资源提供。 杰罗姆·罗扎里奥·迈克尔·拉杰（Jerome Rozario Michael Raj）：验证、资源提供。 卡马拉拉詹·潘杜伦甘（Kamalarajan Pandurengan）：验证、资源提供。 苏雷什·拉蒂纳萨米（Suresh Rathinasamy）：数据可视化、验证、资源提供、项目管理。

资助

作者声明在准备本手稿期间未收到任何资金、资助或其他支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者衷心感谢印度泰米尔纳德邦金奈Greensmed实验室的部门负责人提供的仪器设施和支持。

帕尔塔萨拉蒂·佩鲁马尔（Parthasarathi Perumal）于2023年在马德拉斯大学获得生物技术-植物生物学和植物生物技术博士学位。他目前担任Greensmed实验室的分子与细胞生物学实验室高级研究员兼负责人，其研究重点是海洋和植物来源的天然产物及其抗癌和药理应用。他结合分子生物学、生物化学和基于细胞的检测方法来评估治疗效果。