《Scientific Reports》:Green synthesis of CuO nanoparticles using mangrove leaves for targeted delivery of platinum (II) therapeutics
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利用红树林叶片绿色化学合成的氧化铜(Copper oxide, CuO)纳米颗粒(Nanoparticles, NPs),以Avicennia marina红树林叶提取物同时作为还原剂与封端剂,可制备具有环境可持续性的生物相容纳米材料。研究人员制备出准球形单斜
利用红树林叶片绿色化学合成的氧化铜(Copper oxide, CuO)纳米颗粒(Nanoparticles, NPs),以Avicennia marina红树林叶提取物同时作为还原剂与封端剂,可制备具有环境可持续性的生物相容纳米材料。研究人员制备出准球形单斜晶系CuO NPs,直径35–87 nm,比表面积4.5 m2 g?1,具介孔结构(孔体积0.018 cm3 g?1),适合药物负载。该CuO NPs被评估为两种临床相关铂(II)化疗药——顺铂(cisplatin)与奥沙利铂(oxaliplatin)的纳米载体。傅里叶变换红外光谱(Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR)证实铂药配体与表面Cu/O位点成功配位;Brunauer–Emmett–Teller(BET)分析显示载药后比表面积显著下降,表明孔隙被有效占据。顺铂包封效率28%、载药量56 mg/g,奥沙利铂负载表现相近。体外释放中,顺铂20 h累积释放70%,符合一级动力学;奥沙利铂同时间段接近80%,符合Higuchi模型,释放主要由介孔CuO基质扩散控制。该工作证明红树林源CuO NPs是可持续铂类给药平台,无需有毒前体与高能耗常规合成。
论文解读:《Scientific Reports》发表的红树林源绿色CuO纳米载体用于铂(II)类药物递送研究
研究背景方面,铂类药物是实体瘤治疗支柱,但存在快速水解、全身毒性和非特异分布等问题。纳米载体旨在提高治疗指数,但脂质体铂制剂存在肿瘤部位释放不足,聚乳酸-羟基乙酸共聚物(Poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA)等聚合物封装顺铂等亲水药时载药与包封率低。常规CuO合成依赖有毒试剂、高温煅烧和高废物产生。已有植物介导CuO研究多限于单一细胞毒筛选或单药负载,缺乏同一平台上多种临床铂(II)药比较、表面相互作用机理与释放动力学系统分析。Avicennia marina红树林叶富含多酚、黄酮和萜类,其酚羟基与羰基可螯合Cu2?、供电子还原并稳定CuO表面,但尚无研究系统评价其衍生CuO NPs作为已获批铂(II)化疗药载体,也未见顺铂与奥沙利铂在同一绿色CuO平台上的比较,以及植物化学封端层对药-表面相互作用的机理解析。因此,研究人员开展完全植物介导CuO NPs合成及双铂药比较研究。
主要关键技术方法上,研究人员从埃及Ras Mohammed National Park采集Avicennia marina叶,以水提物于60 °C还原CuSO?·5H?O合成CuO NPs,并经干燥与600 °C煅烧获得单斜CuO。载药采用2:1(纳米颗粒:药物,m/m)水相吸附48 h。表征用X射线衍射(X-ray Diffraction, XRD)、扫描电镜/能谱(Scanning Electron Microscopy/Energy Dispersive X-ray, SEM/EDX)、FTIR、BET/Barrett–Joyner–Halenda(BJH)、ζ电位与动态光散射(Dynamic Light Scattering, DLS)。载药量经UV–Vis分光光度法按校准曲线计算包封效率(Entrapment Efficiency, EE%)与载药容量。体外释放在pH 7.4磷酸盐缓冲液、37 °C进行,并以零级、一级、Higuchi与Korsmeyer–Peppas模型拟合。
研究结果如下。
Crystallinity:XRD显示CuO NPs为单斜晶系,对应JCPDS 48-1548,主峰36°、39°等,结晶度高,含极少量Cu?O;载药后无新晶相峰,说明顺铂与奥沙利铂以高度分散或非晶态吸附于表面。
Optical properties:UV–Vis在280 nm有CuO特征吸收峰,与生物源CuO报道一致。
Surface morphology and elemental analysis:SEM见准球形颗粒,尺寸35–87 nm;EDX见Cu、O及来自植物封端层的C;载药样出现Pt信号,顺铂样Pt为12.42 atomic %,奥沙利铂样为6.90 atomic %,证明铂药固载。
Spectral analysis and nanoparticle-drug interactions:FTIR中叶提取物O–H、C–O带保留,500–600 cm?1为Cu–O晶格振动;载药后N–H、C=O带偏移与拓宽,说明药物与植物封端层及表面Cu/O位点形成氢键或配位,CuO结构完整。
Surface characteristics and nanoparticle-drug interactions:N?吸附-脱附为IV型等温线,具介孔与毛细管凝聚迟滞环;BET比表面积由4.5 m2 g?1降至顺铂2.45 m2 g?1、奥沙利铂3.0 m2 g?1;总孔体积由0.018 cm3 g?1降至0.013与0.016 cm3 g?1,说明药物主要占外部表面与部分微孔,未破坏介孔架构。
Thermal stability of the loaded nanoparticles:热重分析(Thermogravimetric Analysis, TGA)显示顺铂样至800 °C失重约17%,奥沙利铂样约22%,200–400 °C失重来自封端剂与弱吸附药分子热解,反映两者结合亲和力不同。
Drug loading efficiency of the nanoparticles:UV–Vis定量得顺铂EE% 28.3%、载药56 mg/g;奥沙利铂EE% 17%、载药34 mg/g。该趋势与CuO(111)面吸附能计算一致:顺铂Eads ≈ ?3.0 eV,强于奥沙利铂,绿色CuO表面羟基还可经氢键补充Pt–Cu配位。
Drug release kinetic modeling:pH 7.4、37 °C下,顺铂前10 h突释20%,20 h达70%,一级模型最佳(R2=0.91);奥沙利铂20 h近80%,Higuchi模型最佳(R2=0.81);Korsmeyer–Peppas释放指数n<0.5,属Fick扩散控制。绿色CuO因有机封端层调节扩散,比化学CuO更快释放。
讨论部分总结:研究人员指出,红树林叶封端层虽降低BET与孔体积,但提供氢键供受体,辅助铂药保留与表面分布;同一绿色CuO平台上,顺铂因配体几何与电子结构对表面三配位Cu亲和更强,奥沙利铂因吸附能较弱而释放更快;植物介导合成避免了有毒前体与高能耗煅烧之外的能源密集型步骤,且CuO自身活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)潜能可与铂类杀伤协同。该研究填补了Avicennia marina源CuO作为临床铂(II)药载体、双药比较与封端层机理三项空白。
结论部分翻译:本研究证明了利用Avicennia marina红树林叶提取物绿色合成单斜CuO纳米颗粒的可行性,建立了常规化学合成路线的可持续、无毒替代方案。XRD分析确认形成纯相单斜tenorite结构CuO。SEM显示准球形纳米颗粒……(原文后续截段未含完整结论句,此处仅依已给出原文浓缩:)研究人员通过FTIR、BET、EDX、DLS与释放动力学证明,顺铂与奥沙利铂可经表面配位与氢键固载于介孔CuO,载药与受扩散控制的缓释特征明确,红树林源CuO NPs可作为可持续、具临床转化潜力的铂类化疗递送平台。