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Jul 26, 2023

フォルミジウム sp.の毒性評価生物医学および環境用途向けに誘導された酸化銅ナノ粒子

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6246 (2023) この記事を引用 969 アクセス 2 引用 1 Altmetric Metrics の詳細

Scientific Reports volume 13、記事番号: 6246 (2023) この記事を引用

969 アクセス

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感染症の予防と治療のために代替の生物医学的薬剤を生合成する必要性から、酸化銅ナノ粒子 (CuONP) が有望な手段として浮上しています。 シアノバクテリア由来の CuONP の合成は、環境に優しく、費用対効果が高く、生体適合性のあるルートを提供するため、非常に興味深いものです。 本研究では、生合成された CuONP を特徴付け、その毒性に関して調査しました。 TEM、SEM、および AFM を使用した形態学的分析により、96% の銅を含む 20.7 nm の球状粒子サイズが示され、CuONP の純度が確認されました。 IC50 値が 64.6 μg ml-1 の生体 CuONP は、スーパーオキシドラジカル消去アッセイにおいてフリーラジカルの 90% 消去を示しました。 CuONP は、タンパク質変性の 86% により抗炎症活性が増強され、IC50 値は 89.9 μg ml-1 でした。 生体 CuONP は、B. cereus に対して 62.5 μg ml-1 の最低 MIC 値を示し、C. albicans に対して 125 μg ml-1 の MIC 値を有する真菌株に対して顕著な毒性を示しました。 さらに、CuONP は標準的な薬剤と組み合わせると高度な相乗相互作用を示しました。 CuONP は、非小細胞肺がんに対して顕著な細胞毒性を示し、IC50 値は A549 で 100.8 μg ml-1、アポトーシス活性のある H1299 細胞株で 88.3 μg ml-1 でした。 さらに、生体 CuONP のメチレンブルー色素に対する光触媒分解能を評価したところ、90 分で 94% の色素を除去できました。 フリーラジカル消去分析により、CuONP による色素分解は主に水酸化ラジカルによって引き起こされることが示唆されました。 生物起源の CuONP は、水生生物相と人間の健康に脅威をもたらす合成染料で汚染された廃水の処理に使用される、環境に優しく、コスト効率の高い光触媒として機能します。 本研究は、ナノ医療およびバイオレメディエーションにおける将来の応用のための魅力的なアプローチとして、ホルミジウム由来CuONPの生物医学的および光触媒的潜在能力の融合を強調した。

生物医学分野におけるナノ粒子 (NP) の使用は世界中で研究者の注目を集めています。 バルク材料と比較して表面積と体積の比が小さいことが、その強化されたまたは独特の特性の原因となります。 これにより、NP が高度な特異性で相互作用し、感染症と戦う有効性が強化されるためです 1,2。 さまざまな金属酸化物 NP の中でも、酸化銅ナノ粒子 (CuONP) は、その高い安定性、長い保存寿命、高い量子効率、抗菌活性により大きな関心を集めています。 CuONP は、抗酸化作用、抗菌作用、抗炎症作用、抗ウイルス作用、細胞傷害作用、および抗がん作用として広範な生物医学的応用が行われており、治療薬として使用される強力な候補となっています 3、4、5、6、7。 また、より長い保存寿命と安定性により、CuONP は、有害な生成物を生成することなく水の浄化と産業排水からの汚染物質の除去のための環境バイオテクノロジーにおける適切な候補となっています8。 人体では、銅 (Cu) は、スーパーオキシドジスムターゼ、シトクロムオキシダーゼ、チロシナーゼなどの酵素に含まれる微量元素として存在します6。 さらに、ヒトにおける神経ペプチド産生、細胞シグナル伝達機構、酸化ストレス、免疫細胞機能に関与する複数の酵素の補因子としても機能します9。

CuONP の合成は、いくつかの物理的、化学的、生物学的プロセスによって行うことができます。 物理的および化学的合成アプローチには、高価な試薬、危険な反応条件、NP を単離するためのより長い時間と退屈なプロセス、生態系や人間の健康への悪影響などの欠点があります 10,11。 したがって、これらの欠点を克服するために、ウイルス、細菌、シアノバクテリア、菌類、藻類、植物などの天然資源を利用するグリーンケミストリーの原理が NP の製造に利用されました 12。 シアノバクテリア (藍藻類) は、二酸化炭素依存性の光合成能力を持つ原核生物の細胞構造を持つ、最大かつ最も原始的な祖先グループの 1 つを形成します。 シアノバクテリアは、バイオマス効率が高いだけでなく、有害金属を生物修復し、より管理しやすい形態に変換する可能性があるため、NP を合成する能力で多くの科学的注目を集めています 13。 これらは、セレン、亜鉛、白金、パラジウム、金、銀のナノ粒子などの無機および金属酸化物 NP を合成できます 14、15、16、17、18。 シアノバクテリアが促進する NP の合成は、静電相互作用によるレダクターゼ酵素の生成を伴う細胞外と、酵素の活性による細胞内、つまり細胞内で起こります 13。