利用Phyllanthus niruri (L.)提取物合成壳聚糖–TiO?纳米颗粒：对其抗氧化、抗菌、抗炎和抗癌特性的体外评估

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》：Biosynthesis of chitosan–TiO? nanoparticles using Phyllanthus niruri (L.) extract: In vitro evaluation of their antioxidant, antibacterial, anti-inflammatory and anticancer properties

　　绿色合成壳聚糖-二氧化钛纳米颗粒并验证其抗氧化、抗菌、抗炎、抗糖尿病及抗癌活性。摘要：采用Phyllanthus niruri提取物合成CS-TiO?NPs，通过UV-Vis、FT-IR、XRD等表征其结构，证实其球形（23 nm）和结晶性。生物测试显示显著抑制DPPH、H?O?、α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶及AChE/BChE活性，对HeLa细胞抑制率达29.16%， Ursolic acid和Oleanolic acid在分子对接中稳定性最佳。

　　这是一项关于利用植物提取物合成具有多种生物活性的壳聚糖-二氧化钛纳米颗粒（CS–TiO?NPs）的研究。研究重点在于探索一种环保且可持续的纳米材料制备方法，并评估其在生物医学领域的应用潜力。研究团队由来自印度泰米尔纳德邦科伊姆巴托尔的Karpagam Academy of Higher Education（被授予大学资格的高等教育学院）生物技术系的多位研究人员组成，他们结合了植物提取物与壳聚糖，以期开发出一种具有广泛应用前景的新型纳米材料。

在研究中，团队选择了*Phyllanthus niruri*（L.）这一植物作为合成纳米颗粒的天然还原剂和稳定剂。*Phyllanthus niruri*是一种在传统医学体系如阿育吠陀（Ayurveda）和西地那（Siddha）中被广泛应用的草药，其植物成分包括多种生物活性物质，如木脂素、黄酮类、生物碱、三萜类（如ursolic acid和oleanolic acid）、单宁和多酚等。这些化合物不仅赋予了植物显著的药理活性，如抗病毒、抗癌、保肝、抗炎和抗氧化作用，还为纳米材料的绿色合成提供了天然的辅助材料。

研究采用了绿色合成法，这种方法避免了传统化学和物理方法在制备纳米材料过程中所涉及的有毒溶剂、高能耗和有害副产物的问题。通过将*Phyllanthus niruri*的提取物与壳聚糖结合，研究人员成功合成了CS–TiO?NPs，并对其进行了全面的物理化学表征。表征方法包括紫外-可见光谱（UV–Vis）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、高分辨率透射电镜（HR-TEM）、动态光散射（DLS）和Zeta电位分析。这些分析手段共同验证了纳米颗粒的形成、结构特征、尺寸分布和表面电荷状态，为后续的生物活性评估奠定了基础。

UV–Vis光谱结果显示，纳米颗粒在320 nm处出现了显著的吸收峰，这表明其成功合成。FT-IR分析则揭示了纳米颗粒形成过程中涉及的官能团，包括可能的还原和稳定机制。XRD图谱显示纳米颗粒具有高度结晶的结构，且主要呈现为二氧化钛的锐钛矿相（anatase phase），这一相态在生物医学应用中具有优异的稳定性和生物相容性。HR-TEM图像进一步证实了纳米颗粒的形态，显示其主要为球形结构，平均粒径约为23 nm，这使得纳米颗粒在生物体内具有良好的分散性和靶向性。DLS和Zeta电位分析则评估了纳米颗粒的尺寸分布和表面电荷特性，为理解其在生物环境中的行为提供了重要依据。

在生物活性评估方面，研究团队进行了多项实验，包括抗氧化、抗菌、抗炎、抗糖尿病、抗胆碱酯酶和抗癌作用的测试。这些测试均采用标准化的体外实验方法，以确保结果的可靠性和可重复性。抗氧化活性测试显示，CS–TiO?NPs在100 μg/mL浓度下对DPPH自由基和过氧化氢（H?O?）的清除率分别为82.46% ± 1.22%和79.63% ± 1.24%，表明其具有显著的抗氧化能力。抗菌活性测试则显示，CS–TiO?NPs对*Escherichia coli*（大肠杆菌）和*Staphylococcus aureus*（金黄色葡萄球菌）均表现出良好的抑制作用，抑菌圈直径分别为18.34 mm ± 1.1 mm和17.26 mm ± 1.0 mm，这表明其在抗菌领域具有广阔的应用前景。

抗炎活性测试则通过评估对环氧化酶-1（COX-1）和环氧化酶-2（COX-2）的抑制作用来衡量。结果显示，CS–TiO?NPs在100 μg/mL浓度下对COX-1和COX-2的抑制率分别为68.53% ± 0.92%和78.29% ± 0.96%，说明其具有显著的抗炎特性。这一特性使其在治疗炎症相关疾病方面具有潜在价值，如关节炎、自身免疫性疾病等。

抗糖尿病活性测试则通过抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的活性来评估。这两类酶在碳水化合物代谢过程中起着关键作用，其活性的抑制有助于降低血糖水平。实验结果表明，CS–TiO?NPs在100 μg/mL浓度下对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制率分别为68.53% ± 0.92%和68.53% ± 0.92%，进一步证明了其在糖尿病治疗中的潜力。此外，抗胆碱酯酶活性测试显示，CS–TiO?NPs对乙酰胆碱酯酶（AChE）和丁酰胆碱酯酶（BChE）的抑制率分别为71.29% ± 1.83%和78.26% ± 1.74%，这表明其可能在治疗神经退行性疾病如阿尔茨海默病方面发挥作用。

在抗癌活性测试中，研究团队选择了HeLa细胞（人宫颈癌细胞系）作为模型，评估CS–TiO?NPs的细胞毒性。结果显示，在100 μg/mL浓度下，HeLa细胞的存活率降至29.16% ± 0.85%，说明CS–TiO?NPs具有显著的抗癌潜力。这一发现不仅为癌症治疗提供了新的思路，还为开发靶向性更强、副作用更小的纳米药物提供了实验依据。

此外，分子对接研究进一步揭示了CS–TiO?NPs与某些生物分子之间的相互作用机制。研究发现，ursolic acid和oleanolic acid这两种三萜类化合物与CS–TiO?NPs表现出显著的结合亲和力，且在1U54和1HCK复合物中表现出最高的稳定性。这表明CS–TiO?NPs可能通过这些化合物与特定的生物靶点发生作用，从而发挥其多种生物活性。

研究的创新点在于首次采用*Phyllanthus niruri*提取物作为绿色合成的还原和稳定剂，成功制备出具有多重生物功能的CS–TiO?NPs。这种方法不仅避免了传统化学合成的环境和健康风险，还充分利用了植物中天然存在的生物活性物质，使纳米颗粒在保持其物理化学特性的同时，也继承了植物的药理活性。这种结合生物材料与纳米技术的策略，为开发新型纳米药物和生物医学材料提供了新的方向。

在生物医学应用方面，CS–TiO?NPs展现出的多种生物活性，使其在多个领域具有重要的应用价值。例如，在抗氧化领域，其能够有效清除自由基，保护细胞免受氧化损伤，从而在抗衰老、慢性疾病预防等方面发挥作用。在抗菌领域，其对多种细菌的抑制作用可能为开发新型抗菌药物或材料提供支持。在抗炎方面，其对COX-1和COX-2的抑制作用可能有助于治疗炎症性疾病。在抗糖尿病方面，其对α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的抑制作用可能为糖尿病的治疗提供新的途径。在抗胆碱酯酶方面，其可能用于改善神经退行性疾病的症状。而在抗癌方面，其对HeLa细胞的显著毒性表明其在癌症治疗中的潜力。

此外，研究还强调了绿色合成在生物医学领域的优势。与传统的化学合成方法相比，绿色合成不仅减少了对环境的污染，还提高了纳米材料的生物相容性和安全性。这使得CS–TiO?NPs在药物递送、靶向治疗、免疫治疗和诊断等多个方面具有广泛的应用前景。例如，壳聚糖作为天然生物聚合物，具有良好的生物相容性和可降解性，能够有效提高纳米颗粒在体内的稳定性和靶向性。而二氧化钛纳米颗粒则因其优异的光催化性能、良好的生物相容性以及较高的表面活性，在多种生物医学应用中表现出色。

值得注意的是，*Phyllanthus niruri*提取物中的多种生物活性物质，如黄酮类、多酚类和三萜类化合物，不仅在纳米颗粒的合成过程中起到关键作用，还可能在纳米颗粒的生物活性中发挥协同效应。例如，黄酮类和多酚类化合物具有强大的抗氧化能力，而三萜类化合物则可能通过与特定的生物靶点结合，发挥其抗炎、抗癌和抗胆碱酯酶等作用。这种多组分协同作用可能进一步增强纳米颗粒的生物活性，提高其在实际应用中的效果。

然而，尽管研究结果显示出CS–TiO?NPs在多种生物医学应用中的潜力，但仍需进一步探索其在体内的行为，以及其在实际应用中的安全性和有效性。例如，虽然体外实验表明CS–TiO?NPs对HeLa细胞具有显著的细胞毒性，但其在体内的抗癌效果仍需通过动物实验和临床试验来验证。此外，纳米颗粒在体内的代谢途径、生物分布以及可能的毒性效应也需要进一步研究，以确保其在实际应用中的安全性和可行性。

综上所述，这项研究不仅展示了利用植物提取物合成具有多重生物功能的纳米材料的可行性，还为开发新型绿色纳米药物提供了重要的实验依据。CS–TiO?NPs在抗氧化、抗菌、抗炎、抗糖尿病、抗胆碱酯酶和抗癌等方面的显著活性，使其在生物医学领域具有广泛的应用前景。未来的研究可以进一步优化合成方法，提高纳米颗粒的稳定性和生物活性，并探索其在实际医疗中的应用潜力。同时，结合更多的生物医学领域，如药物递送、免疫调节和靶向治疗，可以为CS–TiO?NPs的进一步开发和应用提供新的思路和方向。