《Next Materials》：Evaluation of the anti-cancer potential of zinc oxide nanoparticles synthesized by chemical and green methods using
Cucurbita pepo seed extract for photodynamic therapy
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研究人员研究了在紫外（UV）光源光动力疗法（PDT）下，通过生物辅助法（使用西葫芦籽提取物）和化学溶胶-凝胶法合成的氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs）对MCF-7细胞的抗癌效果。采用紫外-可见（UV-Vis）光谱、傅里叶变换红外（FTIR）光谱、Zeta电位测量
研究人员研究了在紫外（UV）光源光动力疗法（PDT）下，通过生物辅助法（使用西葫芦籽提取物）和化学溶胶-凝胶法合成的氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs）对MCF-7细胞的抗癌效果。采用紫外-可见（UV-Vis）光谱、傅里叶变换红外（FTIR）光谱、Zeta电位测量、扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）进行表征。纳米颗粒的UV-Vis光谱显示在376 nm处有一个表面等离子体共振峰，两种纳米颗粒的静电电位均显示出高稳定性的数值。SEM和XRD结果表明，纳米颗粒呈球形纹理，具有大比表面积（粒径分别约为35 nm和27 nm），并具有六方纤锌矿晶体结构。在UV光照射下，使用两种纳米颗粒进行的MTT实验表明，在体外MCF-7细胞活力呈浓度和时间依赖性降低。总体而言，研究结果强调ZnO-NPs是乳腺癌治疗中一种有前景且安全的治疗替代方案，为临床肿瘤学中优化PDT方案提供了潜力。
**论文解读文章**
**研究背景与现存问题**
乳腺癌（BC）在全球159个国家中发病率居首，每年新增病例230万例，占全部癌症病例的11.7%，并在110个国家中成为主要死因，2020年全球导致68.5万人死亡。在尼泊尔，20508例癌症中乳腺癌占1973例。现有治疗手段如保乳治疗、乳房切除术、辅助和新辅助治疗、放疗、化疗及免疫疗法虽有一定效果，但存在创伤大、耐药性、副作用显著等问题。光动力疗法（PDT）作为一种微创、高选择性的治疗方式，联合光敏剂（PS）和光源产生活性氧（ROS）以杀伤肿瘤细胞，被视为有前景的替代方案。然而，传统PS的疏水性质导致其在组织中聚集且血液循环差，限制其靶向效率。纳米颗粒（NPs）可作为载体递送PS，提升特异性。氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs）本身可作为PS，在紫外（UV）光激发下产生ROS，具有选择性杀伤快速增殖细胞（如癌细胞）而几乎不影响正常细胞的优势。近年来，南瓜籽（Cucurbita pepo）提取物因其高营养和药用价值，被用于绿色合成金属纳米颗粒，并在乳腺癌模型中显示出抗癌活性。然而，利用南瓜籽提取物绿色合成的ZnO-NPs与化学合成的ZnO-NPs在PDT中作为PS的比较研究尚属空白。因此，本论文旨在系统比较两种方法合成的ZnO-NPs在UV-PDT中对MCF-7乳腺癌细胞的抗癌潜力。
**主要关键技术方法**
研究人员采用化学溶胶-凝胶法和生物辅助法（使用南瓜籽提取物）合成ZnO-NPs，并利用紫外-可见光谱（UV-Vis）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、Zeta电位测量和傅里叶变换红外光谱（FTIR）进行结构、形态和光学表征。细胞实验采用MCF-7细胞系（来源：Shikhar Biotech, Lalitpur, Nepal），通过MTT法评估细胞活力，并利用自制的12×8 UV-LED阵列（Proteus软件模拟设计）进行可控光照。统计分析采用双因素方差分析和Dunnett多重比较检验。
**研究结果**
**3.1 纳米颗粒的结构与形态表征**
UV-Vis光谱显示两种方法合成的ZnO-NPs均在376 nm处出现特征表面等离子体共振（SPR）峰，证实成功合成。XRD图谱显示尖锐衍射峰，与六方纤锌矿晶型（JCPDS卡号36-1451）一致，化学合成和生物合成颗粒的平均晶粒尺寸分别为23.89 nm和14.84 nm（通过Debye-Scherrer公式计算）。SEM图像显示颗粒呈球形、高度聚集，化学合成和生物合成颗粒的平均粒径分别为34.69 nm和27.26 nm（N=500），生物合成颗粒略小，可能源于提取物的有效封端作用。
**3.2 纳米颗粒的光学表征**
Tauc图计算显示，化学合成ZnO-NPs的直接和间接带隙分别为3.13 eV和3.04 eV，生物合成ZnO-NPs分别为2.46 eV和2.53 eV。生物合成颗粒的窄带隙表明其在UV-LED光源下更易被光激活，有利于ROS生成。
**3.2.1 表面有效电荷的量化**
Zeta电位测量显示，化学合成和生物合成ZnO-NPs的平均Zeta电位分别为-145 mV和-120 mV，高负值表明颗粒具有高胶体稳定性和低细胞毒性，有利于生物医学应用。
**3.2.2 生物合成ZnO-NPs的表面化学**
FTIR光谱显示，生物合成ZnO-NPs在516.04 cm?1处出现Zn-O伸缩振动峰，而种子提取物中的-OH基团峰消失，表明-OH被氧化还原锌离子，促进纳米颗粒形成。生物合成颗粒表面功能基团减少，这与其在PDT中细胞活力差异不显著（图10、11）的结果一致。
**3.2.3 纳米颗粒浓度和照射时间对MCF-7细胞活力的影响**
MTT实验表明，细胞活力随ZnO-NPs浓度升高（1.25–12 μg/mL）和UV照射时间延长（3、5、7 min）而显著降低。例如，在1.25 μg/mL浓度下，3 min照射后细胞活力为83.29±2.84%，而7 min照射后降至68.62±1.73%；在12 μg/mL下，3 min和7 min照射后活力分别从50.18±0.54%降至44.56±0.61%。双因素方差分析显示，NPs浓度、UV照射时间及其交互作用对细胞活力均有显著影响（p<0.0001）。此外，图10和火山图（图11）表明，化学合成与生物合成ZnO-NPs在不同浓度下处理MCF-7细胞的活力无统计学显著差异，这归因于两者在尺寸、形态、结晶度和Zeta电位上的相似性。
**结论**
研究人员成功通过化学（溶胶-凝胶）和生物（南瓜籽提取物）方法合成了ZnO-NPs，后者具有环境友好优势。UV-Vis光谱确认了376 nm处的特征吸收峰，验证了其作为UV-PDT光敏剂的适用性。XRD和SEM揭示了六方纤锌矿晶体结构和球形颗粒，高结晶度减少了电子-空穴复合，最大化ROS产率。Zeta电位（-145 mV和-120 mV）表明高胶体稳定性和表面电荷，有利于生物医学应用。MTT实验显示浓度和照射时间依赖的细胞毒性，即使在低浓度下也显著降低细胞活力。光子激活机制基于ZnO的半导体特性：UV产生的电子还原氧生成超氧阴离子，空穴氧化水生成羟基自由基。细胞摄取研究证实纳米颗粒通过主动内吞作用进入MCF-7细胞，随后UV激活产生ROS，通过DNA损伤和细胞器应激（线粒体释放细胞色素c、内质网介导的caspase 12激活）诱导凋亡。总体而言，无论合成方法如何，ZnO-NPs均表现出相似的PDT疗效，为乳腺癌治疗提供了有前景且安全的替代方案。未来还需在非癌细胞中进行毒性评估以确认其选择性和安全性。
