莫林–Cu(II)杂化纳米花的抗氧化、抗乙酰胆碱酯酶、抗菌及抗癌活性

《Polyhedron》：Antioxidant, anti-acetylcholinesterase, antimicrobial, and anticancer activities of Morin–Cu(II) hybrid Nanoflowers

　　纳米花（hNFs）复合材料通过芦丁与铜离子复合合成，经SEM、EDX、FTIR和XRD证实其形貌与结构稳定。研究显示该材料具有显著抗癌活性（抑制MCF-7细胞达56%）、广谱抗菌能力（MIC值32-256 μg/mL）及抗氧化特性（IC50分别为131.3和51.3 μg/mL）。其AChE抑制活性（IC50 72.2 μg/mL）提示潜在神经保护应用。

　　

作者：Metin Y?ld?r?m、Burcu Somtürk Yilmaz、Mehmet ?imentepe、Adem Necip、?zden Dellal

土耳其尚勒乌尔法省哈兰大学药学院生物化学系

摘要

近年来，包括纳米花在内的各种纳米结构因其出色的生物医学特性而受到关注。在本研究中，以莫林（morin）作为有机成分，Cu²⁺离子作为无机成分，合成了M@hNFs纳米材料。通过扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDX）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）对制备的纳米材料进行了表征，并对其生物活性进行了研究，内容包括对MCF-7乳腺癌细胞的抗癌作用、乙酰胆碱酯酶（AChE）抑制活性、抗氧化能力、以及对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、粪肠球菌（Enterococcus faecalis）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）、大肠杆菌（Escherichia coli）、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）和多重耐药大肠杆菌（MDR E. coli）的抗菌作用。此外，还研究了其对MRSA和MDR E. coli的生物膜抑制作用。SEM分析显示，合成的M@hNFs直径为24.69微米。抗氧化实验的IC??值分别为131.3微米（DPPH）和51.3微米（ABTS）。AChE抑制活性的IC??值为72.2±2.1微米。在500微米浓度下，M@hNFs将MCF-7细胞的存活率降低了56%。在抗菌实验中，M@hNFs的活性优于单独使用莫林的情况，尤其是对粪肠球菌的抑制效果最为显著，MIC值为32微米。重要的是，M@hNFs在256微米浓度下也能抑制耐药菌株的生长，包括MRSA和MDR E. coli。在1024微米浓度下，M@Cu-hNFs分别抑制了69.7%和66.3%的MRSA和MDR E. coli的生物膜形成。综上所述，这些结果表明M@hNFs具有多种生物医学特性，为进一步研究和未来的生物医学应用提供了重要潜力。

引言

黄酮醇和黄酮类化合物广泛存在于多种水果和蔬菜中。莫林是一种黄酮醇，存在于葱（Allium cepa）等植物中，具有抗氧化、抗炎、抗癌和抗菌作用。此外，含有莫林作为功能成分的纳米材料也表现出抗菌活性[1]。由于其结构中含有多个羟基，莫林具有强还原性[2]。随着纳米技术的发展，纳米材料在生物医学、能源、环境和电子等多个领域得到了应用。这些材料的小尺寸和大表面积使其具有独特性和高度多样性[3,4]。

在这些纳米结构中，纳米花（hNFs）因其类似花朵的形态而在环境应用、生物传感、酶固定、诊断、抗菌和抗氧化系统以及治疗领域受到关注[5]。这些结构是由有机和无机成分组成的混合物，通常使用铜（Cu）、钴（Co）和锌（Zn）等金属离子作为无机成分[6]。值得注意的是，合成hNFs的形态和生物活性取决于所使用的金属类型。制备不同版本hNFs的关键在于其稳定性和独特的结构组织带来的生物活性[7,8]。

特别是具有多种生物活性的纳米材料在潜在的生物医学应用中越来越重要。通过在一个系统中整合抗菌、抗氧化、抗炎和抗癌特性，这类材料具有广泛的应用范围，从感染控制和组织工程到靶向药物递送和生物传感[9][10][11]。它们能够同时发挥多种生物功能，这比传统的单一功能材料更具创新性和前景[12][13][14]。乙酰胆碱酯酶（AChE）在突触间隙催化神经递质乙酰胆碱的水解过程中起着关键作用。AChE活性过高会导致乙酰胆碱水平下降，这与认知衰退和阿尔茨海默病的发病机制密切相关。因此，抑制AChE已成为增强胆碱能传递和管理神经退行性疾病的关键治疗策略[15][16][17]。在此背景下，评估基于生物的纳米材料的AChE抑制潜力有助于了解其在抗氧化和抗菌作用之外的潜在神经保护作用[18,19]。选择MCF-7细胞系作为人类乳腺癌腺癌的代表性模型，是因为该细胞系对氧化应激和基于金属的纳米材料高度敏感。这一细胞系常用于评估纳米结构的细胞毒性和治疗潜力，使其成为评估合成纳米花抗癌效果的合适体外模型[20][21][22][23]。

尽管文献中报道了多种含有生物活性化合物和植物提取物的混合纳米花，但迄今为止尚未有以莫林作为有机成分的混合纳米花。在本研究中，首次使用莫林作为有机成分、铜作为无机成分合成了混合纳米花。通过FTIR、SEM、EDX和XRD对其进行了表征，并评估了其抗氧化活性，同时研究了其对MCF-7人类乳腺癌细胞的AChE抑制效果、抗癌活性以及对金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、粪肠球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌和多重耐药大肠杆菌（MDR E. coli）的抗菌潜力。

材料

五水合硫酸铜（CuSO?·5H?O）、氯化钠（NaCl）、氯化钾（KCl）、磷酸二氢钾（KH?PO?）、磷酸氢钠（Na?HPO?）、二水合氯化钙（CaCl?·2H?O）和六水合氯化镁（MgCl?·6H?O）均购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。

M@hNFs的合成

M@hNFs的合成方法基于文献中报道的先前方法。简要来说，将333微升CuSO?·5H?O溶液加入50毫升PBS缓冲液中。

表征

使用不同倍数的SEM图像观察了制备的M@hNFs的形态，其整体直径确定为24.69微米。这种形态是hNFs的典型特征，具有较大的表面积。孔径范围为0.3–1.3微米。观察到的均匀性表明合成过程成功完成（见图2）。

使用动态光散射（DLS）对制备的纳米花进行了表征。根据获得的数据，

结论

本研究成功合成了以莫林作为有机成分、Cu²⁺离子作为无机成分的hNFs。通过SEM、EDX、FTIR和XRD的全面表征，确认了M@Cu-hNFs的成功形成，其具有典型的花朵形态，直径为24.69微米。制备的纳米花表现出显著的多功能生物活性。抗氧化实验显示其强大的自由基清除能力，IC??值分别为131.3微米（DPPH）和51.3微米（ABTS）。

作者贡献声明

Metin Y?ld?r?m：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、监督、资源准备、方法学设计、实验实施、数据分析、概念构思。Burcu Somtürk Yilmaz：撰写 – 原稿、方法学设计、实验实施。Mehmet ?imentepe：撰写 – 原稿、方法学设计、实验实施。Adem Necip：撰写 – 原稿、方法学设计、实验实施。?zden Dellal：撰写 – 原稿、实验实施。

资助

本研究未获得任何公共部门、商业机构或非营利组织的资助。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。