Abstract

Mit dem Fortschritt der Nanobiotechnologie haben umweltfreundliche Ansätze der pflanzenvermittelten Biosynthese von Silber-Nanomaterialien (AgNP) für biomedizinische Anwendungen an Attraktivität gewonnen. Die vorliegende Studie ist ein Bericht über die Biosynthese von AgNPs unter Verwendung von Chlorophytum borivilianum L. (Safed musli) Kallus-Extrakt als neuartige Quelle für Reduktionsmittel. Eine AgNO3-Lösung, die mit dem methanolischen Kallus-Extrakt versetzt wurde, zeigte aufgrund der Bioreduktionsreaktion eine Farbänderung von gelb zu braun. Außerdem wurden die AgNPs mit Hilfe der UV-Spektrophotometrie, der Röntgenbeugung (XRD), der Rasterkraftmikroskopie (AFM) und der Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie (FTIR) charakterisiert. Das UV-Vis-Spektrum zeigte die Oberflächenplasmonenresonanz-Eigenschaft der AgNPs bei etwa 450 nm. Das XRD-Muster mit typischen Peaks deutet auf die kubisch-flächenzentrierte Natur des Silbers hin. Die AFM-Analyse bestätigte die Existenz von kugelförmigen und gut dispergierten AgNPs mit einer durchschnittlichen Größe von 52,0 nm. Darüber hinaus bestätigte die FTIR-Analyse die Rolle der verschiedenen Phytokonstituenten des Kallus-Extrakts im Prozess der Bioreduktion zur Bildung von Nanopartikeln. Die AgNPs waren effizienter bei der Hemmung der getesteten pathogenen Mikroben, nämlich Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, Methicillin-resistente Escherichia coli, Staphylococcus aureus und Candida albicans im Vergleich zum Kallus-Extrakt. Der 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazoliumbromid (MTT)-Test bestätigte die zytotoxische Eigenschaft von AgNPs gegen die menschliche Kolonadenokarzinom-Zelllinie (HT-29) in dosisabhängiger Weise. Bei höheren Konzentrationen von 500 μg/ml AgNPs wurde nach 24 Stunden eine Zelllebensfähigkeit von nur 7 % mit einem IC50-Wert von 254 μg/ml beobachtet. Daher bestätigen diese AgNPs eindeutig das vielfältige Potenzial, in naher Zukunft in verschiedenen biomedizinischen Anwendungen eingesetzt zu werden.

1. Einleitung

Als ein aufstrebendes Gebiet der Wissenschaft in der modernen Welt hat die Nanotechnologie den Menschen großen Nutzen gebracht. Ziel der Nanotechnologie ist die Herstellung und Nutzung von Materialien in Nanogröße, die zwischen 1 und 100 nm groß sind. Die einzigartigen Eigenschaften von Materialien in Nanogröße machen sie für die Anwendung in verschiedenen Bereichen attraktiver, insbesondere für die Verabreichung von Arzneimittelmolekülen, die Bildanalyse, als Biomarker, den biologischen Nachweis von Makromolekülen oder Krankheitserregern usw. . Für die Synthese von Nanomaterialien für spezifische biomedizinische Anwendungen werden verschiedene Arten von Metallen verwendet. Dazu gehören Silber (Ag), Gold (Au), Titandioxid (TiO2), Zinkoxid (ZnO), Kupferoxid (CuO), Magnesiumoxid (MgO), Calciumoxid (CaO) und Siliciumdioxid (Si). Diese Nanostrukturen weisen einzigartige physikochemische und biologische Eigenschaften auf, darunter Festigkeit, Plastizität, Haltbarkeit und Funktionen. Daher finden sie in verschiedenen Bereichen wie Elektronik, Biomedizin und Biotechnik breite Anwendung. Da Silber eine antimikrobielle Wirkung besitzt, wird es seit einigen Jahren in großem Umfang für die Herstellung verschiedener antimikrobieller Mittel verwendet. Heutzutage wird Silber zur Synthese von Silbernanopartikeln (AgNPs) für verschiedene Anwendungen in den Bereichen Medizin, Lebensmittel, Gesundheitspflege usw. verwendet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass AgNPs mit einem größeren Verhältnis von Oberfläche zu Volumen einzigartige biologische, elektrische, thermische und optische Eigenschaften besitzen.

Es gibt verschiedene Ansätze zur Synthese von AgNPs, darunter chemische, physikalische und biologische Methoden. Die bevorzugte Methode ist jedoch der biologische Weg, bei dem pflanzliche Verbindungen oder Pflanzenextrakte, Mikroben oder deren Produkte verwendet werden. Dies liegt vor allem an den Aspekten Sicherheit, Kosteneffizienz und Umweltfreundlichkeit. Chemische und physikalische Methoden hingegen sind mit giftigen Chemikalien, viel Energie, großem Druck und hohen Temperaturen verbunden. AgNPs wurden sukzessive aus verschiedenen Pflanzenextrakten wie Leptadenia reticulata , Cassia didymobotrya , Andrographis paniculata , Prunus japonica , Talinum triangulare , Euphorbia antiquorum , Thymbra spicata und Cleome viscosa hergestellt. In jüngster Zeit werden AgNPs aus Pflanzenkallus als neue Quelle synthetisiert. So wird beispielsweise der Kallus von Catharanthus roseus, Sesuvium portulacastrum, Taxus yunnanensis, Centella asiatica, Cucurbita maxima usw. für die Biosynthese von AgNPs verwendet. Kalluskulturen haben den Vorteil, dass sie das Problem der Knappheit von Wildpflanzenquellen entschärfen. Darüber hinaus sind Kallusextrakte effizienter bei der Herstellung von deutlicheren und verstreuten AgNPs im Vergleich zu denjenigen, die mit Blattextrakten mit höherer Bioaktivität biosynthetisiert werden.

Chlorophytum borivilianum L. (Safed musli) ist eine geschätzte Heilpflanze, die reichlich bioaktive Komponenten wie Phenole, Saponine, Flavonoide, Alkaloide, Tannine, Steroide, Triterpenoide und Vitamine enthält. Die Pflanze ist wirksam bei der Heilung von chronischer Leukorrhoe, Diabetes, Arthritis, Bluthochdruck und verzögerter Menopause. Um die Probleme des Safed-Musli-Anbaus auf dem Feld zu überwinden, wurden Methoden der Pflanzengewebekultur angewandt, um die bioaktiven Verbindungen der Pflanze zu gewinnen. Die Safed-Musli-Kalluskultur als zuverlässige Quelle für pflanzliche Sekundärmetaboliten wurde bereits von Charl et al. nachgewiesen. Sie berichteten auch über die antimikrobielle und antioxidative Wirkung von Safed-Musli-Kallus-Extrakt. Bislang gibt es jedoch keinen Bericht über die Biosynthese von AgNP aus der Safed-Musli-Pflanze oder ihrem Kallus. Daher berichtet die vorliegende Studie über eine biologische Methode zur Synthese von AgNPs unter Verwendung von Safed musli Kallus-Extrakten, um ihre biologischen Eigenschaften zu bewerten.

2. Materialien und Methoden

2.1. Vorbereitung der Kallus-Extrakte von Safed Musli

Um die Kallus-Kulturen von Safed Musli zu initiieren, wurde die von Nakasha et al. beschriebene Methode angewendet. Kurz gesagt, wurden Sprossknospen von Safed Musli auf festem Murashige- und Skoog-Medium, das 5 mg/L 2,4-Dichlorphenoxyessigsäure enthielt, beimpft und 4 Wochen lang kultiviert und dann geerntet. Zur Herstellung des Kallusextrakts wurden 20 g Frischgewichtskallus zusammen mit 100 ml Methanol zerkleinert und etwa 5 Minuten lang gekocht. Der Extrakt wurde mit Whatman-Filterpapier Nr. 1 filtriert und bei 4°C aufbewahrt. Der Extrakt wurde innerhalb einer Woche zur Herstellung von AgNP verwendet.

2.2. Biosynthese von AgNPs

Etwa 10 mL des Kallus-Extraktes wurden mit 90 mL 1 mM AgNO3 (Silbernitrat) Lösung in einem Erlenmeyerkolben (250 mL) versetzt. Die Reaktionsmischung wurde bei Raumtemperatur auf einem Schüttler (150 rpm) ohne Licht gehalten. Die Farbveränderung wurde in regelmäßigen Abständen bis zu 5 Stunden aufgezeichnet, und die AgNPs wurden zur Überprüfung der Stabilität 3 Monate lang bei Raumtemperatur gelagert. Die Reaktionsmischung wurde bei 20.000 U/min für 15 min zentrifugiert, um die biogen synthetisierten AgNPs für die weitere Charakterisierung zu konzentrieren.

2.3. Charakterisierung von AgNPs

2.3.1. UV-Visuelle Spektralanalyse

Die Veränderung der Farbbildung in der Reaktionsmischung wurde visuell überwacht. Etwa 2 ml der Lösung wurden regelmäßig nach 1, 3 und 5 Stunden Inkubation entnommen, und die Reduktion der Silberionen wurde mit einem Spektralphotometer (ELICO, Indien) bei 300-600 nm im UV-Spektrum gemessen.

2.3.2. X-Ray Diffraction (XRD) Analysis

Auf den Glasobjektträger wurde ein einzelner Tropfen AgNP-Lösung gegeben und aufgetragen. Anschließend wurde die kristalline Beschaffenheit der biosynthetisierten Nanopartikel mit einem Röntgendiffraktometer (XRD), Modell XRD-6000, Shimadzu, Japan, bei 40 kV und 30 mA mit Cu ka-Strahlung bei 2θ Engel analysiert.

2.3.3. Rasterkraftmikroskopie (AFM)

Mit Hilfe des AFM (A.P.E. Research A100, Italien) wurden die AgNPs charakterisiert, um ihre morphologischen Eigenschaften zu beobachten. Zunächst wurde die AgNP-haltige Lösung bei Raumtemperatur 15 Minuten lang mit einem Ultraschallgerät beschallt. Später wurde die AgNP-Lösung getrocknet, um eine dünne Schicht auf einem Glasobjektträger auf Glimmerbasis zu bilden, und diese wurde für die Beobachtung mit dem AFM verwendet.

2.3.4. Fourier-Transform-Infrarot-Spektroskopie (FTIR)-Analyse

Die FTIR-Analyse der biogen synthetisierten AgNPs wurde mit einem Perkin Elmer FTIR-Spektrum unter Verwendung eines KBr-Pellets mit einem Shimazdu IR Prestige-21 FTIR-Gerät mit diffus reflektierendem Modus (DRS-8000) durchgeführt. Alle Messungen wurden im Bereich von 400-4000 cm-1 durchgeführt.

2.4. Bewertung der antibakteriellen Aktivität

Die biosynthetisierten AgNPs wurden auf ihre antimikrobielle Aktivität mit einer Scheibendiffusionsmethode gegen gängige humanpathogene grampositive Bakterienstämme untersucht, Bacillus subtilis B29 (ATCC 29737), Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA) (ATCC700698) (Gram-positiv), Pseudomonas aeruginosa (ATCC 15442) und Escherichia coli E266 (Gram-negativ), und eine Pilzart, Candida albicans 90028. Alle Bakterienstämme wurden vom Labor für Molekulare Biomedizin, Institut für Biowissenschaften, UPM, Serdang, Malaysia, beschafft. Alle Bakterienstämme wurden auf dem Mueller-Hinton-Agar (MHA)-Medium kultiviert, während C. albicans 90028 auf dem Kartoffeldextrose-Agar (PDA)-Medium gezüchtet wurde. Zur Bewertung der antibakteriellen Aktivitäten wurde die Diskusdiffusionsmethode mit geringen Modifikationen angewandt. Kurz gesagt, die Reinkultur jeder Mikrobe wurde mit sterilen Wattestäbchen gleichmäßig auf die separaten Petriplatten aufgetupft. Auf das Nährmedium wurden sterile Scheiben (6 mm Durchmesser) gelegt, die mit verschiedenen Konzentrationen (100, 200 und 300 μg/ml) von AgNPs und dem methanolischen Blattextrakt beschichtet waren. Dimethylsulfoxid (DMSO) (10 μg/μL) und Gentamycin (10 μg/Scheibe) wurden als Negativ- bzw. Positivkontrollen gegen alle getesteten Mikroben verwendet. Jede Behandlung wurde fünfmal wiederholt, und der Versuch wurde zweimal wiederholt. Alle Platten wurden 24 Stunden lang bei 37°C bebrütet, und das Auftreten der Hemmzone (mm) wurde mit Hilfe eines Lineals aufgezeichnet.

2.5. Bewertung der Zytotoxizität gegen die Dickdarmkrebs-Zelllinie HT-29

Wir untersuchten die zytotoxische Wirkung der mykogenen AgNPs auf die Dickdarmkrebs-Zelllinie HT-29, wie bereits berichtet. Die Zellen wurden in Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM) mit Penicillin (100 U/mL), Streptomycin (100 g/mL), L-Glutamin (2 mM) und fötalem Rinderserum (10 %) angezogen. Für die Inokulation wurden etwa 5 × 104 Zellen in einer Vertiefung von 96-Well-Platten verwendet. Die Zellen wurden 48 Stunden lang in einem auf 37 °C eingestellten CO2-Inkubator inkubiert. Zur Untersuchung der Zytotoxizität wurden die Zellen mit biosynthetisierten AgNPs (10, 20, 40, 80, 120 und 160 μg/mL) behandelt und 48 Stunden lang bebrütet, um die Überlebensfähigkeit der Zellen mit dem 3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazoliumbromid (MTT)-Test zu bewerten. Zunächst wurde eine frische MTT-Lösung (5 mg/mL) hergestellt und etwa 10 mL davon in jede Vertiefung gegeben. Anschließend wurde die Lösung bis zu 4 Stunden unter den gleichen Bedingungen bebrütet. Mit einem Multiwell-ELISA-Plattenlesegerät wurde die Absorption bei 570 nm dokumentiert. Die erhaltene Absorption wurde mit der nachstehenden Formel in den Prozentsatz der Zellviabilität umgerechnet:

2,6. Statistische Analyse

Alle Experimente wurden dreimal repliziert und dreimal wiederholt. Die aus jedem Experiment erhaltenen Daten wurden als Abweichung (SD) dargestellt.

3. Ergebnisse und Diskussion

3.1. Kallusbildung und Synthese von AgNPs

Die Synthese von AgNPs auf biologischem Wege hat in letzter Zeit an Bedeutung gewonnen, da die biologische Methode stabile und einheitliche AgNPs mit hoher pharmakologischer Bedeutung hervorbringt. In der vorliegenden Studie wurde Safed-Musli-Kallus-Extrakt als Substrat für die Synthese von AgNPs bei Raumtemperatur verwendet. In dieser Studie wurden nach 2 Monaten gelb gefärbte, brüchige Kalli geerntet (Abbildung 1).

Abbildung 1

Zeigt die Kallusbildung auf MS-Medium, das mit 2,4-D (5 mg/L) ergänzt wurde, nach 2 Monaten.

Anscheinend gelten Safed musli Kalli in diesem Stadium als ausgereift und gut entwickelt, um pflanzliche Sekundärmetaboliten abzusondern. Daher wurden die nach 2 Monaten geernteten Kalli für die Synthese von AgNPs verwendet. Im Allgemeinen variieren die Produktion und die Eigenschaften von Nanopartikeln je nach den bioaktiven Verbindungen, die in den Lösungsmittelextrakten einer Pflanzenart vorkommen. Als die AgNO3-Lösung mit dem methanolischen Kallus-Extrakt von Safed-Musli in Kontakt gebracht wurde, änderte sich die Farbe aufgrund der Bioreduktionsreaktion von gelb zu hellbraun (Abbildung 2). Dies deutet eindeutig auf die Biosynthese von AgNPs hin, die mit der Anregung von Oberflächenplasmonen-Resonanzschwingungen in AgNPs korreliert ist. Die Farbveränderung wurde sofort innerhalb einer Stunde beobachtet, und die Intensität der Farbe nahm mit der Inkubationszeit bis zu 5 Stunden zu. Bei einer Inkubationszeit von mehr als 5 Stunden war jedoch keine Veränderung der Farbe zu beobachten. Die Farbintensität nahm mit zunehmender Inkubationszeit allmählich zu und blieb nach 5 Stunden Inkubationszeit am höchsten. Bislang sind die genauen Mechanismen, die bei der Biosynthese von AgNPs aus Pflanzenextrakten eine Rolle spielen, nicht eindeutig geklärt. Es werden jedoch einige mögliche Mechanismen vorgeschlagen, die an der Biosynthese beteiligt sein könnten. Demnach könnten die zellulären Enzyme zusammen mit dem Vorkommen verschiedener Klassen von Phytoverbindungen, wie Phenole, Flavonoide, Phytosterole, Terpenoide, organische Säuren, Alkaloide und Alkohole, die in Pflanzenextrakten vorkommen, die Bildung von AgNPs aus Silberionen effizient reduzieren. Zuvor haben Forscher berichtet, dass die Inkubationsdauer für den Abschluss der Bioreduktion von Silberionen zur Bildung von AgNPs von einer Pflanzenart zur anderen aufgrund von Unterschieden im Vorkommen von Phytokonstituenten in den Pflanzenextrakten variiert.

Abbildung 2

Gelbe Farbe des Safed-Musli-Kallus-Extrakts (A); transparente Farbe der AgNO3-Lösung (B) und braune Farbe der Reaktionsmischung nach 48 Stunden Einwirkung von AgNO3, was auf die Bildung von AgNPs hinweist (C).

3.2. Charakterisierung der AgNPs

3.2.1. UV-Spektroskopie-Analyse

Die Verwendung von UV-Spektroskopie, XRD, AFM und FTIR-Analyse lieferte Informationen über die Größe, Form, Dispersion und Oberfläche der aus Kallus-Extrakt hergestellten AgNPs. Das UV-Spektrum zeigte einen scharfen Absorptionspeak bei etwa 450 nm, was auf das Vorhandensein von AgNPs hindeutet (Abbildung 3). Nach früheren Berichten deutet die UV-sichtbare Absorptionsbande zwischen 425 und 460 nm auf Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) von AgNPs hin. Dieser SPR-Peak könnte zusammen mit den bioreduzierenden Wirkstoffen des Kallus-Extrakts möglicherweise an der Bildung und Stabilisierung der AgNPs beteiligt sein. Das Vorhandensein eines breiten Peaks könnte mit der polydispersen Natur der AgNPs mit sphärischer Form korreliert sein.

Abbildung 3

UV-Absorptionsspektroskopie im sichtbaren Bereich zeigt den charakteristischen SPR-Peak der AgNPs.

3.2.2. XRD-Analyse

Die Beobachtung der Beugungspeaks der XRD-Analyse liefert Details über die kristalline Natur und die chemische Zusammensetzung der biosynthetisierten AgNPs. Das Ergebnis des XRD-Musters von AgNPs, die mit Safed Musli Kallus-Extrakt synthetisiert wurden, ist in Abbildung 4 dargestellt. Es wurden die Beugungsintensitäten von 20° bis 70° aufgezeichnet. Die beobachteten Peaks bei 2θ von 38,34°, 44,54° und 64,6° entsprechen den (111)-, (200)- bzw. (220)-Ebenen der kubisch-flächenzentrierten Struktur von Silber. Diese Ergebnisse stimmen mit den Aufzeichnungen des Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS Nr. 04-0783) überein. Auch andere kleinere Peaks, die beobachtet wurden, könnten mit den kristallinen organischen Verbindungen korreliert sein, die an der AgNP-Oberfläche adsorbiert sind. Ähnliche Beugungsmuster wurden auch bei früheren Erkenntnissen über AgNPs beobachtet, die aus pflanzlichen Quellen synthetisiert wurden.

Abbildung 4

XRD-Muster von biosynthetisierten AgNPs unter Verwendung von Kallus-Extrakt aus Safed Musli.

3.2.3. AFM-Analyse

Die AFM-Analyse wurde durchgeführt, um die topologischen Eigenschaften der biosynthetisierten AgNPs aus dem Kallus-Extrakt von Safed musli zu erfassen. Das Ergebnis zeigte deutlich, dass die kugelförmigen AgNPs gleichmäßig verteilt sind (Abbildung 5). Die Größe der AgNPs lag zwischen 35,1 und 168,0 nm mit einer durchschnittlichen Größe von 52,0 nm. Die biosynthetisierten AgNPs wiesen eine Rauheit von 7,9 nm und eine mittlere quadratische Rauheit von 14,6 nm auf (Abbildungen 5(a) und 5(b)). Diese Beobachtungen stimmen mit den zuvor berichteten nanoregimen und kugelförmigen AgNPs überein, die aus verschiedenen Pflanzenarten biosynthetisiert wurden, darunter Leptadenia reticulata, Murraya koenigii, Centella asiatica, Cleome viscosa und Coptidis rhizoma.

(a)

(b)

(a)
(b)

Abbildung 5

AFM-Bilder von AgNPs, die durch Kallus-Extrakt von Safed musli biosynthetisiert wurden.

3.2.4. FTIR-Analyse

Die wahrscheinliche Interaktion von biosynthetisierten AgNPs und verschiedenen Phytokomponenten, die im Kallus-Extrakt von Safed musli vorkommen, wurde durch FTIR-Analyse bestimmt. Es wird angenommen, dass diese Phytokomponenten während der AgNP-Biosynthese als reduzierende und stabilisierende Substanzen wirken. Abbildung 6 zeigt die FTIR-Spektraldaten der biosynthetisierten AgNPs mit 14 verschiedenen Peaks im Bereich von 4000-500 cm-1. Ein breiter Peak bei 3437,86 cm-1 entspricht den Streckschwingungen der -O-H- und -N-H-Gruppen. Ebenso ist der Peak bei 2920,59 cm-1 das Ergebnis von -C-H-Gruppen. Die Banden bei 1623,72 cm-1 und 1376 cm-1 könnten auf die Streckschwingungen von C=C-Gruppen bzw. auf das Vorhandensein von C-N-ähnlichen Amin- oder C-O-ähnlichen Phenolgruppen zurückzuführen sein. Die Wellenzahl 1382,41 könnte der -CH2-Gruppe zugeordnet werden. Der Peak bei 1019,38 ist auf die Streckung der C=O-Gruppen zurückzuführen. Drei schwache Banden bei 828,4, 671,13 und 615,95 cm-1 entsprechen den Biegeschwingungen der -O-H- und C-H-Gruppen. Ähnliche Beobachtungen wurden von früheren Forschern bei anderen AgNPs auf Pflanzenbasis gemacht. Darüber hinaus können diese Absorptionspeaks auf zahlreiche phytochemische Verbindungen im Kallus-Extrakt von Safed Musli zurückgeführt werden. Dies wird durch eine frühere Studie von Charl et al. bestätigt, die das Vorkommen verschiedener Phytokonstituenten mittels Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Analyse nachgewiesen hat. Insgesamt zeigen die FTIR-Daten die Multifunktionalität des Safed-Musli-Kallus-Extrakts im Prozess der Bioreduktion sowie zur Stabilisierung von AgNPs.

Abbildung 6

FTIR-Spektraldaten von AgNPs, die durch den Kallus-Extrakt von Safed musli hergestellt wurden.

3.3. Bewertung der antibakteriellen Aktivität

AgNPs weisen ein breites Spektrum an antimikrobieller Aktivität auf und werden daher häufig in klinischen Anwendungen eingesetzt. Ihre Verwendung als antimikrobielle Mittel ist jedoch nur dann wirksam und kann nur angewandt werden, wenn das Problem der unerwünschten Nebenwirkungen gelöst ist. Daher haben wir die antimikrobiellen Aktivitäten der biosynthetisierten AgNPs aus Safed Musli Kallus-Extrakt gegen menschliche Krankheitserreger untersucht. Es wurde festgestellt, dass AgNPs alle getesteten Bakterienstämme in dosisabhängiger Weise wirksam hemmten (Tabelle 1). Interessanterweise wiesen die AgNPs im Vergleich zum Kallus-Extrakt eine größere Hemmzone auf. Die höchste Hemmung von AgNPs wurde gegen C. albicans ( mm) beobachtet, gefolgt von B. subtilis ( mm) und E. coli ( mm) bei 300 μg/mL Konzentration. Bei einer Konzentration von 300 μg/ml wurden jedoch alle Mikroben durch AgNPs gehemmt. Die maximale hemmende Aktivität wurde gegen B. subtilis () beobachtet, gefolgt von C. albicans () und E. coli () bei einer Konzentration von 300 mg/mL AgNPs. Frühere Forscher haben einige mögliche Mechanismen der antimikrobiellen Wirkung von AgNPs auf Pflanzenbasis vorgeschlagen. Demnach denaturieren AgNPs die Zellwand von Mikroben, destabilisieren die äußere Membran, blockieren die Zellatmung, hemmen die Biosynthese und stören die Protonenantriebskraft. Außerdem ist ein höheres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen der AgNPs für die antimikrobielle Aktivität verantwortlich. Die Ergebnisse der aktuellen Studie zeigen deutlich, dass AgNPs, die aus Safed Musli Kallus-Extrakt synthetisiert wurden, als antibakterielle Wirkstoffe zur Behandlung vieler menschlicher Krankheiten eingesetzt werden könnten.

Konzentration (μg/mL) Hemmzone (mm) Bacillus subtilis Staphylococcus aureus Pseudomonas aeruginosa Escherichia coli Candida albicans B29 (MRSA) ATCC 15442 E266 90028 Callus-Extrakt 100 200 300 AgNPs 100 200 300

Das Experiment beinhaltete DMSO (20 μL) als negative Kontrolle, während Streptomycin (100 mg/ml) für Bakterien und Nystatin (100 mg/ml) für Hefe als Positivkontrolle diente. Jeder Wert stellt die Abweichung (SD) von 3 Wiederholungen pro Behandlung in 3 wiederholten Experimenten dar. Anmerkung: “-” steht für keine beobachtete Aktivität, während “MR” für Methicillin-resistent steht.

Tabelle 1

Antimikrobielle Aktivitäten von Safed-Musli-Kallus-Extrakt und seinen biosynthetisierten AgNPs gegen menschliche Pathogene.

3.4. AgNPs gegen Krebszellen

Zusätzlich wurde die Aktivität von AgNPs gegen die Krebszelllinie HT-29 mit dem MTT-Assay durchgeführt. Die Ergebnisse der Studie sind in Abbildung 7 dargestellt. Der Prozentsatz der Zelllebensfähigkeit nahm mit steigender Konzentration der AgNPs von 0 bis 500 μg/mL ab. Dies deutet eindeutig darauf hin, dass AgNPs dosisabhängige zellhemmende Aktivitäten aufweisen. Außerdem verringerte sich der Prozentsatz der Zelllebensfähigkeit mit zunehmender Expositionszeit von 24 Stunden auf 48 Stunden. Nach 24 Stunden wurde bei den Kontrollbehandlungen eine Zelllebensfähigkeit von 100 % festgestellt, während bei 500 μg/mL AgNPs nur 7 % der Zellen überlebten, die nach 72 Stunden Inkubationszeit weiter auf 2 % sanken. Dies deutet auf eine hohe toxische Wirkung von AgNPs hin. Obwohl biosynthetisch hergestellte AgNPs bei niedrigeren Dosen eine geringere Toxizität aufweisen, haben sie bei höheren Dosen eine sehr hohe tödliche Wirkung. In ähnlicher Weise haben frühere Forscher die potenziell zellhemmende Wirkung von AgNPs auf Pflanzenbasis in einer dosisabhängigen Weise dokumentiert. Der IC50-Wert der AgNPs wurde mit 254, 216 und 174 μg/ml nach 24-, 48- bzw. 72-stündiger Behandlung berechnet.

Abbildung 7

Zytotoxizitätsergebnisse von biosynthetisierten AgNPs unter Verwendung von Kallus-Extrakten von Safed musli.

In einem früheren Bericht wird festgestellt, dass der Kallus-Extrakt von Safed musli verschiedene Klassen von Phytochemikalien besitzt. So verbinden sich die reaktiven funktionellen Gruppen der Pflanzenstoffe, wie Hydroxyl-, Carboxyl- und Aminogruppen, mit Silberionen, um eine höhere Zytotoxizität aufzuweisen. Ebenso ist erwiesen, dass Silberionen zusammen mit reaktiven funktionellen Gruppen stark mit der Zellarchitektur interagieren, um Zellschäden zu verursachen.

Darüber hinaus besitzen Silberionen eine starke Affinität zu Sulfhydrylgruppen essentieller Enzyme und phosphorhaltiger Basen. Daher interagieren AgNPs effektiv mit Nukleinsäuren und verursachen DNA-Schäden durch Unterbrechung der mitochondrialen Atmungskette, Förderung der Bildung reaktiver Sauerstoffspezies, Hemmung der DNA-Replikation und Zellteilung, Förderung der Apoptose usw. . Darüber hinaus tragen auch andere Merkmale von AgNPs, wie z. B. die Nanoregime-Natur, die Kugelform und die Partikeloberfläche, zu den krebshemmenden Eigenschaften bei. In ähnlicher Weise wurde berichtet, dass Nanomaterialien, die unter Verwendung verschiedener Massenmaterialien hergestellt wurden, ihre zellhemmende Wirkung gegen Dickdarmkrebszellen entfaltet haben. Die krebshemmende Wirkung wurde hauptsächlich auf die chemische Zusammensetzung der Pflanzenextrakte und die Eigenschaften der Nanopartikel zurückgeführt, einschließlich der Größe und der morphologischen Merkmale der AgNPs.

4. Schlussfolgerung

Zusammenfassend beschreibt diese Studie einen effizienten, kostengünstigen und umweltfreundlichen Ansatz für die Biosynthese von AgNPs unter Verwendung des Safed-Musli-Kallus-Extrakts. Die biotechnologisch hergestellten AgNPs besitzen eine sphärische Form mit einer Partikelgröße zwischen 35,1 und 168,0 nm. Das XRD-Muster zeigt, dass die AgNPs in Form von Nanokristallen auftreten, während die AFM-Beobachtung die kugelförmige Form der AgNPs bestätigt. Das FTIR-Spektrum zeigte das Vorkommen von Phytochemikalien in den Kallus-Extrakten, die für die Biosynthese und Stabilisierung der AgNPs verantwortlich gemacht werden. Die antimikrobielle und krebsbekämpfende Wirkung der biosynthetischen AgNPs lässt darauf schließen, dass sie für die Herstellung von Nanomedikamenten für therapeutische Anwendungen, wie z. B. antimikrobielle Wirkstoffe, und für die Behandlung von Dickdarmkrebs verwendet werden könnten. Insgesamt bestätigen diese Ergebnisse eindeutig das vielfältige Potenzial dieser phytofabrizierten AgNPs.

Datenverfügbarkeit

Die Daten, die zur Untermauerung der Ergebnisse dieser Studie verwendet wurden, sind im Artikel enthalten.

Interessenkonflikte

Die Autoren erklären, dass es keinen Interessenkonflikt im Zusammenhang mit der Veröffentlichung dieser Arbeit gibt.