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有效的抗癌潜力蜂毒加载到真菌壳聚糖纳米粒子
文摘
壳聚糖及其纳米粒子(NPs)可以从许多真菌物种和生物活性化合物作为有效载体。真菌壳聚糖(FC)是创新了尖孢镰刀菌菌丝生长,特点和用于合成NP和加载蜂毒(BV)。nano-FC (NFC)直径192.4 nm的意思是NP, 38.22%负荷容量,92.42%截留效率。BV释放NFC pH值和时间依赖性;破裂前6 h BV释放检测,其次是逐步释放多达30 h。的在体外NFC的抗癌潜力估值、BV和NFC / BV nanoconjugates对海拉子宫颈癌,发现他们都有强有力的抗癌活性存在剂量依赖的相关性;BV / NFC nanoconjugates是最有效的 。对海拉细胞的荧光染色法与BV / NFC nanoconjugates DAPI和吖啶橙/碘化propidium组合,表明早期凋亡的样子,二级细胞凋亡和继发性坏死标记及其增量曝光延长。NFC的生产病圃及其加载BV强烈建议有效的天然抗肿瘤剂的生产活动对增强子宫颈癌。
1。介绍
壳聚糖(Cts),脱去乙酰基的惊人的氨基多糖提取甲壳素,有许多实用的优势(例如,其生物降解性、无毒性、生物相容性和有效生物活性)(1]。Cts生物活性鼓励其生物利用率在频繁的应用程序(例如,药物输送,组织工程,抗癌治疗、抗菌配方,和愈合敷料)(2]。Cts的指控和来自胺组的内容主要是其生物活性如若钥匙(如药物携带,mucoadhesion,抗菌活性、药物释放控制,原位凝胶和渗透增强)(3),提升其作为药物载体广泛应用和增强剂。Cts是充满希望地提取大量的真菌物种的生物量(4- - - - - -9];真菌中提取壳聚糖(FC)有类似或更好的生物活性属性比习惯商业Cts。
蜂毒(BV)公布的国防武器从蜜蜂(的蜜蜂)当他们的殖民地是攻击。BV包含合成生物活性肽混合物,可以保护蜜蜂殖民地对捕食者的广泛多样性和侵略者。BV的含有生物活性成分包括蜂毒肽(BV的主要成分),adolapin, apamin,布满肽(肥大细胞),酶(透明质酸酶和磷脂酶A2),和一些nonpeptide成分(如多巴胺、组胺和去甲肾上腺素)(10,11]。
BV或其成分(例如,蜂毒肽)被广泛调查潜在的肿瘤治疗和抑制剂类型;他们表现出多个潜在的分子抗癌机制(11- - - - - -13]。大量研究和评论记录验证的抗癌功能BV或蜂毒素对各种肿瘤类型(14- - - - - -18];他们得出的结论是,BV和其组件有吉祥的抗癌细胞毒性药物与更广泛的频谱对多种肿瘤细胞类型。
大多数生物医学领域的纳米技术的参与变得普遍,包括纳米材料应用程序本身作为抗菌,抗癌,抗病毒、和杀生的药物,或与生物活性药物加载/化合物增加溶解度,稳定、功能,对人体和交付(19]。之后nanopolymers,尤其是nano-Cts和nano-FC(缩写为NFC),来自最评价纳米材料的生物活性和功能作为药物载体,biopreservatives,抗菌,抗癌,和基因传递药物,单独或与其他活性化合物合成3,20.- - - - - -23]。
Cts纳米颗粒被有效地用于运营商和增强剂不同的动物毒液包括蛇,蝎子,BV,评价作为抗癌药物(24- - - - - -28]。
因此,本研究有针对性的NFC的生产,与BV的加载,如若和评价和生物活性抑制子宫颈腺癌(海拉)细胞和阐明其潜在行动作为抗癌药物。
2。材料和方法
2.1。真菌壳聚糖(FC)提取
真菌的文化,尖孢镰刀菌f . sp。medicaginis此后,写明ATCC®52169™(缩写流分布),此处用于生产FC。液体培养基和马铃薯葡萄糖琼脂媒体(PDB和PDA、Difco实验室、火花,MD)了流分布文化传播和维护。真菌在PDB孵化延长7天激动有氧条件下28°C。FC提取完成根据Tayel et al。6]。简单地说,种植后,流分布菌丝通过过滤收获,洗去离子水(DW)和干在烘箱45°C。干流分布菌丝被脱去蛋白质(使用1 M氢氧化钠),软化(使用1 M的醋酸),和脱去乙酰基(58% 氢氧化钠溶液在110°C 90分钟);过滤和广泛的DW清洗后重复每一个步骤。FC脱乙酰作用程度(DDA)测定其红外光谱(傅里叶变换红外光谱学)光谱,利用巴克斯特等人公式(29日]: 而FC分子量(MW)测量通过色谱法(凝胶渗透附着示差折光检测器(爆后新星,你是,德国))。
2.2。合成Nanofungal壳聚糖富含蜂毒
纳米粒子的合成(NPs)从FC和加载BV取决于先前的方法修改(20.,24),使用公司的技术。简单,股票的解决方案是由FC(2.0毫克/毫升,在稀醋酸溶液),TPP(三聚磷酸钠,1.0毫克/毫升的DW),和BV(1.0毫克/毫升的DW)。TPP的解决方案是每分钟(350年的速度下降μL / min)大力搅拌FC的解决方案,最终的比例 。TPP后搅拌持续60分钟下降,和导致照亮悬挂含有nanofungal壳聚糖(NFC)离心机 ,用DW、recentrifuged和冻干。BV-loaded NFC的BV是首先解决方案添加到FC (BV 500的浓度μg / mL),搅拌30分钟,然后TPP的解决方案和应用上述步骤。
2.3。描述合成NPs
2.3.1。红外光谱分光光度法
红外光谱(PerkinElmer™红外光谱诉10.03.08,德国)光谱FC, NFC、BV、BV / NFC纳米复合材料测量的波数450 - 4000厘米−1。粉样本与溴化钾合并(比例1%, ),及其红外光谱透射光谱绘制。
2.3.2。NP相术的分析
NP大小范围,意思是,中位数,分布(多分散性指数(PDI))和费用(电动电势)测量NFC和BV / NFC nanoconjugates使用Zetasizer(英国莫尔文仪器),基于DLS(动态光散射)技术。另外,形状、分布和大小的合成BV / NFC nanoconjugates筛选通过电子显微镜(传输)成像(TEM,徕卡™Leo0430,剑桥,英国);TEM碳涂层网格被指控NP方案和1%醋酸双氧铀,风干,加载到TEM考试。
2.4。评价BV封装和释放
2.4.1。蛋白质的测定
基于“布拉德福德的方法”,一个标准化的分析工具对蛋白质(皮尔斯™Coomassie,热Scientific-Pierce,罗克福德,IL)是NP操作决定免费BV浓度的解决方案。颜色从BV接合形成spectrophotometrically测量在595 nm的吸收。BSA(牛血清白蛋白)是利用蛋白质作为比较标准。
2.4.2。加载和封装效率测量
指定的金额(10μg)从BV-loaded NFC溶解在DW离心管的激烈的涡流,然后,解决方案是离心机 35分钟10°C。BV承载能力(LC)和封装效率(EE)计算如下20.]:
2.4.3。体外BV释放
BV发布考试,BV / NFC-NPs离心后转移到干净的离心管与3毫升的醋酸缓冲(pH值5.2)或磷酸盐缓冲剂(PBS, pH值7.1)。保持在管 ,和100年μL样本采集的时间间隔2 h 30 h;然后,为每个样本的蛋白质spectrophotometrically测定含量。
释放出来BV的蛋白质质量( )在特定的时间( )计算如下(20.]: 在哪里BV的浓度在发布解决方案在时间吗 , 是发布解决方案总额,是体积样品。
2.5。NP抗癌活性
2.5.1。细胞系的文化
人类细胞行宫颈癌(海拉)获得EGY-NCI(国家癌症研究所,开罗,埃及)。海拉细胞的培养EMEM介质(补充了10% ( )谷酰胺胎牛血清,2.0毫米,0.1毫米不重要的氨基酸,1.5 g / L NaHCO3和1.0毫米丙酮酸钠)进行调湿空气中5%的有限公司2在37°C。
2.5.2。NP抗增殖活动的评价
BV / NFC-NPs抗增殖活动评估使用MTT (3 - (4 5-dimethylthiazole-2-yl) 2、溴化5-diphenyltetrazolium)还原试验(30.]。在96孔聚苯乙烯板,每个含有100μL在完全培养基,肿瘤细胞( )接种和孵化24 h湿润空气中5%的公司2在37°C。细胞粘附后,富国银行收到逐步大量的NFC, BV,和BV / NFC-NPs在DW溶解后,浓度范围0 - 500μ从每个代理g / mL。另一个24小时的潜伏期后,添加了新的媒体替代治疗方案和10μL (MTT的解决方案(5毫克/毫升的媒体没有酚红和血清)和盘子被另外进一步孵化3 h直到紫色甲瓒的颜色出现。上层清液后丢弃,甲瓒晶体溶解了100μL DMSO和颜色评价540海里内吸光度1 h。平原DMSO作为控制。
细胞生存能力(%)计算 。
2.5.3。海拉细胞凋亡的估值使用吖啶橙/ Propidium碘染色相结合
海拉细胞潜在的细胞凋亡,与BV / NFC nanoconjugate治疗后,身价是通过结合染色和吖啶橙(AO)和propidium碘(π)31日]。海拉细胞悬液( 细胞/毫升)处理BV NFC-NPs享年500岁μ克/毫升浓度和孵化24和48 h湿润空气中5%的股份有限公司2在37°C。治疗和控制细胞使用PBS冲洗,然后用AO双彩色15分钟(10毫克/毫升)和π在黑暗中(4毫克/毫升)。图像被抓获(使用荧光显微镜奥林巴斯BX51,东京,日本)基于细胞凋亡的外观指标,即。,绿色、橙色、红点的细胞或细胞器,染色后在25分钟。
2.5.4。通过DAPI染色鉴定细胞凋亡
BV / NFC-NPs-induced凋亡进一步分析使用核DAPI染色(4 ,6-diamidino-2-phenylindole)荧光染色法检测核酸DNA碎片和凝结在细胞治疗32]。中提到的海拉细胞被处理为治疗部分2.5。3;PBS洗涤之后,他们用多聚甲醛固定(4%)为12分钟,permeabilized缓冲区(包含0.5% Triton x - 100和3%多聚甲醛),然后50μL (DAPI (1μg / mL)添加浓度,保持了60分钟。被捕获的荧光显微图显示了解放和凝聚核碎片DAPI荧光染料染色。
3所示。结果
FC提取和生产,流分布菌丝生长,是实现这项工作。FC生产力是发酵培养基的2.41 g / L。生产FC有分子量51.6 kDa,银两的88.4%。
离子凝胶化的过程有效性将FC转变为NFC和加载与BV。利用红外光谱揭示他们的生化结合和相互作用。
的红外光谱光谱FC、NFC BV和NFC / BV nanoconjugates呈现在图1。光谱的Fom -提取FC(图1FC),强大的峰值约3452厘米−1对应于氢键和地延伸;- h拉伸(从主胺)在这个区域重叠。指定的吸收峰和乐队的FC检测到1718厘米1(羰基(C = O)拉伸的二级酰胺我带),峰值为1539厘米−1和1324厘米−1(指定酰胺二世(h)弯曲振动和酰胺的吸收三世,分别),和1079厘米1(属于C-O-C伸展)。NFC(图的频谱1从FC频谱,NFC)显示一些差异;3452厘米的巅峰−1在FC成为更广泛的在NFC放大相对强度,这表明氢键的增强。NFC光谱显示也大幅P = O峰值在1174 cm - 1,表明交联与TPP。一般来说,FC频谱的主要特征峰和乐队出现在NFC频谱,但其中微小的转移关闭波数。
BV的光谱,观察到的峰吸光度地区3250 - 3450厘米1表明h的自由振动拉伸。BV还表示特征酰胺的红外光谱谱带,即。,酰胺(1651厘米1),酰胺二世(1532厘米1),乐队在1112厘米1和1040厘米1表明无组织的线圈形态(图1,BV)。红外光谱谱的NFC / BV nanoconjugate,拉伸- h BV吸收峰值的3318厘米−1减少和转移到3421厘米吗−1(图1、NFC / BV)。BV的酰胺我表示乐队在1651厘米−1也被转移到一个更高的波数(1654厘米吗−1)在BV / NFC。
从FC合成NP, BV的特征属性表中所示1。
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NFC有较小的平均(平均)粒子直径、平均直径和尺寸范围比BV / NFC纳米复合材料。PDI值< 0.5为合成NPs NFC(0.262和0.414 BV / NFC纳米复合材料),这表明匹配和良好的NP大小分布(表1)。NP类型都积极Z-potentialities;BV的加载到NFC略微降低了积极性从+ 33.7 (NFC) + 27.2 (BV / NFC纳米复合材料)。
粒子的形状、大小和分布,进一步阐明了BV / NFC纳米复合材料,通过TEM图像(图2)。nanoconjugate粒子主要出现在球面形状和光滑的表面,均匀分布的尺寸范围~ 168 - 256 nm(图2)。
计算LC和EE, NFC BV的分别为92.42%和38.22。NFC的BV释放在体外评估在pH值为5.2和7.0,通过直接分散在30 h的释放时间。从NFC BV释放模式是绘制在图3。
BV释放pH值和时间的方式;BV的百分比低酸度7.1比5.2中被释放。释放模式显示在第一个6 h BV释放爆发;之后,逐渐释放检测与实验延长30 h。发布的BV比率分别为67.2和71.4%,此前6 h,和最大释放百分比分别为81.3%和76.2,持续时间结束,分别在pH值7.1 and5.2。
NFC的抗癌潜力、BV、FC / BV-NPs测量衰减的海拉细胞生存能力,从合成药物暴露于不同浓度后,绘制在图4。整个代理有强有力的抗癌活动对研究细胞;活动的所有代理都存在剂量依赖的相关性。最有力的代理是NFC / BV nanoconjugates BV和最后的NFC。经过24小时的暴露在浓度为500μg / mL,只有22.3%和8.3的细胞治疗后仍然可行的NFC / BV-NPs BV,分别。200年μ克/毫升浓度从NFC / BV-NPs可以杀死50%的癌细胞后24 h(图4)。
荧光成像技术应用于阐明NFC的细胞毒性效应对检查癌细胞(图/ BV复合材料5)。海拉细胞治疗后潜在的凋亡效应与NFC / BV nanoconjugates(在500年μ克/毫升浓度)用DAPI染色(图了5DAPI)。接触nanoconjugate诱导可见形态细胞凋亡信号在海拉细胞治疗,例如,膜起泡,细胞收缩和舍入。
细胞凋亡大大增加,成为更有活力的迹象,与接触延长从24到48 h,包括大部分的治疗癌细胞。虽然没有控制细胞凋亡的迹象,但DAPI-stained治疗细胞有许多明亮会碎片/核;DNA缩合和凋亡信号急剧增加时间的方法。
细胞凋亡和坏死进一步阐明通过AO / PI双荧光染色法(图5、AO /π);可行的癌细胞出现与完好结构和绿色细胞和细胞核。细胞凋亡早期症状包括染色质凝结的外观和明亮的green-stained原子核,这显然从治疗24小时后出现NFC / BV nanoconjugate。二级坏死和凋亡后期明显迹象出现在海拉细胞治疗后48 h,染色质缩合,密集的orange-stained地区,和许多细胞核染色深橘红色。
4所示。讨论
俱乐部的成就是成功进行的流分布菌丝,这证实了调查表明真菌的高潜力作为壳聚糖生产可持续来源(4- - - - - -9,22,23];这些调查建议FC的应用,从许多真菌物种,在生物医学和健康相关领域。
FC的红外光谱分析鉴定其类似的结构/组标准化传统壳聚糖(6,33]。
许多特征峰和乐队的轻微改变FC谱在NFC近波数谱验证成功的NFC交联,合成目标NPs (22]。NFC和NFC / BV光谱密切匹配的大多数生化组和波数强度;这表明BV没有化学影响或改变NFC结构和相应的保持在人体的生物安全使用(29日]。红外光谱谱的NFC / BV nanoconjugate,延伸和拓宽切断(NFC)和降低拉伸强度- h (BV)及其转向小波数显示这些活跃的团体之间的氢键形成BV和NFC (34]。
获得的数据从“Zetasizer”,对于合成NFC和BV / NFC nanoconjugate透露,BV / NFC纳米粒子比NFC大号;这可能是由于增加的分子量和合成结构nanochitosan毒液后(27),验证当前NFC携带BV的提升能力。对于成功的生物医学应用程序,功能纳米复合材料大多是一个NP制造尺寸范围从20到300海里,考虑到“最小的粒子可以达到身体的任何部分”(35]。
NFC的BV释放是非常快的在第一个6 h实验;这个破裂释放应该取决于BV离解NFC的表面,通常报道从加载蛋白质分子nanochitosan [21,36]。此外,早期的快速释放和扩散的蛋白质分子表面的纳米颗粒被规定为不可否认[37]。随后,BV缓慢释放似乎归因于NFC的裹入的缓慢降解的蛋白质分子和纳米颗粒本身的退化38]。蛋白质的降解率应该超过其释放速度,经过长时间的释放期(39]。此外,据报道,BV参与以不均匀的方式nanochitosan的长链,因此高百分比从它可以很容易地释放释放早期(28]。
BV的释放在pH值5.2高于在pH值7.1中,可以解释为壳聚糖的溶解性偏好弱酸性比在中性的解决方案解决方案;因此,pH值5.2条件可能会增加BV可溶性NFC的解放。
海拉细胞的诱导凋亡/坏死,治疗后与BV / NFC nanoconjugate,证明通过与荧光染料染色。BV的致命效果/ NFC nanoconjugates欠BV抗癌潜力,可能主要是加强后加载到NFC。促进粒子的NFC polycationic自然是建议对肿瘤细胞,使更多的接触BV和细胞表面。
动物毒液肽,尤其是BV,有巨大的发展潜力为生物制药,与许多局限性,可以克服他们的共轭聚合物人们像Cts增加它们的化学不稳定,半衰期,口服吸收,和目标细胞毒性40]。
虽然生产生物活性制剂(NFC和BV)提取真菌和昆虫来源,其他生物组件的transability这些生物对人体不会因为Cts和NFC主要是多糖提取与严厉的措施(例如,高碱度和温度),导致消除任何蛋白质残留,而BV从蜜蜂毒素腺体和获得是古代治疗各种疾病,没有证据申请在这些治疗(基因可转移性13]。演示了Nanoformulations适合药物类分子的管理;聚合物人们可以提高药物的半衰期循环及其沉积与降低外渗到患病的网站健康/正常组织[41]。
BV抗癌活性是陈述主要取决于其有效成分和癌细胞之间的密切联系,发展是至关重要的细胞凋亡/坏死[42]。蜂毒肽(BV)的主要蛋白质成分被确诊为癌症治疗是一种有效的生物活性剂(43];蜂毒肽的主要建议功能涉及细胞膜微扰(导致溶血性和抗菌的后果)和有力的结构性变化的感应这些膜(包括孔隙的形成、囊泡形成和融合)(44]。此外,蜂毒肽诱导肿瘤细胞周期逮捕验证,抑制其生长,细胞凋亡信号在不同的肿瘤细胞(12]。有趣的是,BV蜂毒肽被证明特别追求从Ras致癌基因细胞的水平,即。肿瘤细胞(45]。
细胞凋亡被任命为BV的关键功能抗癌行动,后果从死亡受体(DR)核生长因子家族的刺激和失活(NF -κBκB)在癌症细胞11]。
的应用AO / PI双荧光染色法,对量化的凋亡和坏死后果BV / NFC nanoconjugate海拉细胞,证实了其适用性和效率。变化在细胞染色用绿色、橙色、橘红色和指标对早期细胞凋亡,细胞凋亡后期,继发性坏死,分别说明(31日]。肿瘤细胞死亡指标(细胞凋亡、坏死、溶解)被表示为潜在的机制,由BV可能抑制肿瘤的发展17]。一项研究[46]表明,BV抗癌活性更有力的反对国比海拉细胞;对两种细胞的效应与巧克力摄入量有关。BV的作用在活的有机体内抑制肿瘤生长和扩散是写给涉及免疫反应的刺激淋巴结(42]。
有趣的是,BV说明诱导白血病细胞凋亡,对正常细胞无细胞毒性的骨髓15];BV-induced白血病细胞凋亡的主要监管者caspase-3和bcl - 2通过抑制增殖作用信号路径(14]。前流仪分析表明BV能力诱导活性氧(活性氧)生产,增加细胞质Ca2 +水平,释放细胞色素C由于线粒体膜电位降低,促进caspase-3激活,因此引起的细胞凋亡(16]。
BV结合位点的数量从碳水化合物/胺对癌细胞膜建议解释癌症的不同敏感性BV组件(46];因此,这里可假定的是,加载与BV NFC可能产生更多的结合位点与海拉细胞膜和相应加强BV对这些细胞的抗增殖作用。
现代方法NP安全评估建议的使用体外/体外模型作为基本先决条件为他们翻译成适用的产品(47]。Safe-by-Design(作为)概念适用于纳米材料的评估和nanopolymer潜在后果对环境和人类健康和发展纳米药物的使用;根据最新的作为标准,NFC可以被视为一个理想的安全交付BV“nanobiocarrier”进入人体抗癌细胞(48,49]。
5。结论
菌丝生长的流分布创新工作是FC源,成功地利用NFC生产与BV和加载。BV / NFC nanoconjugate有良好的结构和生化如若,再加上他们增强抗癌生物活性对宫颈细胞癌(海拉)。BV / NFC nanoconjugate可能诱发严重的在海拉细胞凋亡信号的时间和剂量依赖性的方式。BV的应用和额外的评价/ NFC nanoconjugates强烈推荐和天然抗癌药物一样有效。
数据可用性
在生成的数据集和/或分析在当前研究可从相应的作者以合理的要求。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作是支持的“科研、大学的院长职位或任期的武装力量,籍,”研究小组(下不。以序列- s - 1440 - 0133)。
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