Green synthesis and characterization of Mesosphaerum suaveolens-loaded chitosan nanoparticles: An in vitro evaluation

在现代医学领域，科学家们一直在寻找能够将治疗药物直接输送到所需部位而不伤害身体其他部分的材料。一个充满前景的方向涉及纳米颗粒，这些微小的颗粒极其细小，以至于成千上万个也能放在针尖上。这些微小的结构充当载体，能够穿过生物屏障并将它们的货物释放到细胞内部。为了使这些载体既安全又有效，研究人员经常转向壳로聚糖（chitosan），这是一种源自甲壳类动物外壳的天然物质。壳聚糖具有生物相容性，这意味着身体能很好地接受它；它还具有生物降解性，在完成任务后能自然分解。然而，制造这些纳米颗粒通常需要具有毒性的烈性化学品。一种被称为“绿色合成”的新型、更可持续的方法使用植物提取物而非工业化学品来构建这些颗粒，希望能将大自然的益处与纳米技术的精准度结合起来。

来自印度安纳马拉大学（Annamalai University）及其他几家研究机构的一个团队致力于测试这种方法，并使用了一种名为 Mesosphaerum suaveolens 的特定药用植物。这种植物属于薄荷科，长期以来因其治愈特性而在传统医学中被使用。科学家们想要观察他们是否可以使用这种植物的叶片提取物来制造壳聚糖纳米颗粒，并随后检查这些新颗粒是否能够对抗感染、中和有害的自由基以及阻止癌细胞生长。他们的目标是确定这种环保方法生产出的材料是否不仅稳定，而且在治疗疾病方面具有足够的生物活性。

该过程始于收集新鲜的植物叶片，将其清洗并干燥成粉末。研究人员将这种粉末在水中煮沸，以制成富含植物天然化学成分的透明液体提取物。然后，他们将这种提取物与壳聚糖溶液混合，这种聚合物就像是植物化合物的海绵一样。为了将这一切锁定在一起，他们添加了一种称为三聚磷酸钠的物质，它作为一种交联剂，使混合物聚集在一起，形成微小的悬浮颗粒。当透明液体变成乳白色、浑浊的悬浮液时，纳米颗粒的形成得到了视觉上的确认。随后，团队通过高速离心分离了颗粒与液体，清洗并干燥它们，从而制成用于测试的精细粉末。

为了了解他们创造了什么，科学家们使用了几种不同的工具对颗粒进行了检查。当他们让光线穿过样本时，发现紫外线范围内有一个明显的峰值，证实了纳米颗粒已成功形成且分布均匀。进一步的红外光谱分析显示，颗粒表面覆盖着来自植物的各种有机分子，如蛋白质和酚类，这些分子起到了保护涂层的作用。当他们在强力显微镜下观察颗粒时，看到形状不规则且有些聚集，这是使用生物方法制造颗粒的常见特征。化学分析表明，颗粒主要由碳、氮和氧组成，证实了植物的有机物质是其结构中不可或缺的一部分。

研究人员随后测试了这些颗粒是否可以作为抗氧化剂，即保护身体免受不稳定分子（称为自由基）造成的损伤的物质。他们将纳米颗粒与特定的化学溶液混合，这些溶液在自由基被中和时会改变颜色。结果显示，这些颗粒在阻止这些有害反应方面是有效的。在每毫升 20 微克的浓度下，颗粒减少了一类自由基一半的活性；在每毫升 15 微克的浓度下，它们对另一类自由基也起到了同样的作用。虽然一种被称为抗坏血酸的标准维生素表现略好，但这种植物基纳米颗粒仍然展示了作为抵御氧化应激之盾的强大能力。

接下来，团队研究了颗粒对抗细菌的能力。他们将纳米颗粒放置在含有四种不同类型细菌的培养皿上，其中包括引起皮肤感染的菌株以及对常用抗生素具有耐药性的菌株。他们观察到，在纳米颗粒的测试孔周围出现了清晰的区域，那里细菌无法生长。随着纳米颗粒浓度的增加，这些清晰区域的大小也随之增大，显示出剂量依赖效应。这些颗粒对革兰氏阳性菌（缺乏坚硬外膜的细菌）特别有效，但对革兰氏阴性菌（具有更复杂保护层的细菌）也表现出了显著的活性。这表明纳米颗粒可以破坏各种有害微生物的细胞壁。

最后，科学家们在实验室培养皿中进行的实验中，测试了这些颗粒对人类乳腺癌细胞的影响。他们将不同量的纳米颗粒暴露于细胞中，并测量了存活细胞的数量。结果显示出一个清晰的模式：随着纳米颗粒数量的增加，活着的癌细胞数量也随之减少。在每毫升 40 微克的浓度下，颗粒杀死了一半的癌细胞。为了理解这是如何发生的，研究人员使用了一种特殊的染色技术，使他们能够在荧光显微镜下观察细胞。他们观察到，经过处理的细胞开始萎缩，其细胞核发生凝聚，这是细胞凋亡（或称程序性细胞死亡）的典型迹象。随着剂量的增加，发生这种自我毁灭过程的细胞百分比急剧上升，在测试的最高浓度下达到了近 90%。

研究结论认为，使用 Mesosphaerum suaveolens 叶片提取物来制造壳聚糖纳米颗粒是一种成功且环保的方法。这些颗粒不仅性质稳定，而且具有显著的生物活性，能够对抗自由基、抑制细菌生长并诱导癌细胞死亡。研究人员指出，这些发现凸显了这种绿色合成材料在未来医学中的应用潜力，特别是在开发针对感染和癌症的新疗法方面。然而，他们也指出，这些结果是基于实验室测试的，需要进一步在生物体中进行研究，以充分确认其对人类使用的安全性和有效性。