Физиологични ползи от новото доставяне на селен чрез наночастици Част 2

2.2. Въздействие на селеновите наночастици върху плодовитостта

Безплодието е многофакторно заболяване, което се е увеличило сред младите мъже и жени по света през последните десетилетия [76]. Съвременните доказателства показват, че репродуктивните нарушения обикновено се свързват с генетични фактори, начин на живот и фактори на околната среда, включително диетични навици, употреба на наркотици за развлечение, консумация на алкохол и кофеин и излагане на замърсители на околната среда по време на естественото стареене [77,78] (вижте Фигура 2).

Безплодието е често срещан проблем, пред който са изправени двойките в репродуктивна възраст. Отнася се до невъзможността за зачеване на която и да е възраст след дълги години брак. Имунитетът е ключът към поддържането на добро здраве, но много хора не знаят, че има връзка между имунитета и безплодието. Тази статия ще представи връзката между безплодието и имунитета, за да помогне на хората да разберат по-добре тази тема.

На първо място, имунитетът се отнася до способността да се устои на външна инвазия и да се защити тялото от вреда. Имунната система на тялото може да идентифицира и елиминира вируси, бактерии, гъбички и други вредни вещества, за да поддържа телесния баланс и здраве. Безплодието обикновено се причинява от аномалия или дисфункция на мъжката и женската репродуктивна система. Причината за това може да е свързана с имунната система.

Една възможна причина е, че имунната система атакува здрави сперматозоиди или яйцеклетки, състояние, известно като автоимунно безплодие. Когато имунната система е свръхактивна, тя приема сперматозоидите или яйцеклетките за чужди нашественици и ги атакува. Това състояние обикновено води до повтарящи се спонтанни аборти при жените.

Имунната система също атакува ембриона, което води до повтарящи се спонтанни аборти. Повечето спонтанни аборти са причинени от атака на имунната система на ембриона. Това състояние се нарича ембрио-имунно безплодие.

Друга възможна причина е прекалено потисната имунна система, така че тя не може да реагира достатъчно ефективно на вредни вещества. Това състояние може да позволи на бактерии, вируси и други вредни вещества да нахлуят в тялото, застрашавайки здравето и плодовитостта. В допълнение, свръхпотискането на имунната система може да доведе до имунодефицитно безплодие.

Следователно поддържането на добра имунна система е много важно. Някои прости неща могат да ви помогнат да подсилите имунната си система, като поддържане на здравословен начин на живот, достатъчно хранене, справяне със стреса и достатъчно движение. Освен това редовните медицински прегледи и навременното лечение на заболявания също са ключови за поддържането на добър имунитет.

Като цяло връзката между имунитета и безплодието е сложна. Въпреки че имунната система може да бъде причина за безплодие, поддържането на здрава имунна система също е от решаващо значение за поддържането на добра плодовитост. Следователно, въпреки че понастоящем няма сигурен начин да се гарантира излекуване на безплодието, поддържането на добра имунна система може ефективно да намали риска от безплодие. От тази гледна точка трябва да подобрим имунитета. Cistanche може значително да подобри имунитета, тъй като Cistanche е богат на различни антиоксидантни вещества, като витамин С, каротеноиди и др. Тези съставки могат да поглъщат свободните радикали и да намалят оксидативния стрес. Подобряват устойчивостта на имунната система.

Щракнете, за да научите прах от екстракт от Cistanche tubulosa

Хроничните заболявания, включително диабет, често се характеризират с нерегулирано производство на ROS и последващо окислително увреждане, свързано с фрагментация на ДНК, цитотоксичност и смърт на сперматозоиди. Това допринася за безплодие, което може да бъде отслабено от SeNPs в миши модели чрез механизъм, който включва инхибиране на липидната пероксидация и последващо увреждане на ДНК [79]. Друг допринасящ фактор е, че жените в развитите страни са склонни да забавят раждането и зачеването след пиковата плодовитост, въпреки че идеята, че човешката плодовитост намалява с възрастта, е добре установена [77].

Обширните изследвания свързват репродуктивните разстройства и безплодието с нисък статус на Se/дефицит на Se, докато резултатите от асистираните репродуктивни технологии (ART) при животни и хора с подходящи серумни нива на Se са свързани с положителни резултати при зачеване, което предполага, че подходящо ниво на Se е от съществено значение за репродуктивното здраве [65,80–82]. Това знание насочи съвременните изследователски интереси към изследване на добавянето на Se както в експериментални животински модели, така и в животновъдната практика за подобряване на репродуктивните способности. Трябва да се отбележи, че значителна част от този тип изследвания е фокусирана върху Se под формата на SeNPs поради неговата висока бионаличност и относително ниска токсичност в сравнение с други форми на Se (както беше споменато по-рано) и следователно този раздел от прегледа описва подробно употребата на SeNPs в изследванията на плодовитостта.

Ин витро оплождането (IVF) е често използвана техника в различни животновъдни индустрии, като птицевъдството, за подобряване на желаните генетични качества и увеличаване на броя на потомството. Едно от основните предизвикателства за успешна ин витро оплождане при животни е неуспехът на съзряването на ооцитите - решаваща стъпка преди оплождането, поради излагане на кислород, което се проявява като повишен оксидативен стрес на ооцитите [71,83]. Проучванията показват, че добавянето на SeNPs повишава скоростта на съзряване в ооцитите in vitro чрез регулиране нагоре на антиоксидантите GPx4 и супероксид дисмутаза (SOD), където ефектът е по-забележим при ооцити, третирани със SeNPs от 40 nm в сравнение с тези от 67 nm поради относително по-голяма повърхностна площ и по-висока степен на клетъчна интернализация на по-малките SeNPs частици. Интересното е, че SeNPs също подобряват плурипотентността и препрограмирането на ооцитите, както е отбелязано от регулирането на гена за компетентност за развитие [71]. В по-нататъшна подкрепа на потенциалната биоактивност за транспортно доставян Se, in vitro съзряването на говежди овоцити, целостта на ДНК на овоцитите и концентрацията на GSH, характеризиращи се с повишена скорост на повторна експанзия на бластоцитите in vitro, бяха демонстрирани след добавяне на 1 µg/mL от всеки на SeNP или нано-цинков оксид [83]. Взети заедно, тези доклади подчертават значението на SeNPs в процеси, свързани директно с in vitro съзряване и оплождане чрез механизъм на повишен антиоксидантен капацитет и намален оксидативен стрес.

Друга ключова стъпка в IVF както за хора, така и за животни е криоконсервацията на спермата - процес, който задължително включва повтарящи се цикли на замразяване и размразяване, което проявява производството на увреждащи ROS и причинява оксидативен стрес, който заедно намалява жизнеспособността на спермата с повече от 35 процента [84]. При тези условия проучванията показват, че добавянето на SeNP значително подобрява качеството на гаметите по време на IVF процедури [83,85]. Например говежда сперма, допълнена с 0.5 и 1.0 µg/mL SeNPs преди криоконсервация, регистрира подобрена подвижност на спермата след размразяване и целостта на мембраната с намалено увреждане на ДНК и, което е важно, по-висока плодовитост скорост от тази на контролата [70]. Тези защитни ефекти се приписват на подобрения общ антиоксидантен капацитет в семенната плазма, придружен от намалена концентрация на малондиалдехид (MDA; общ маркер за окислително увреждане на полиненаситени мастни киселини на клетъчните мембрани) в присъствието на добавен Se. Следователно добавянето на добавка SeNP към разширителите на сперма/яйцеклетка в IVF протоколите вероятно подобрява антиоксидантния статус и запазва качеството на гаметите и в крайна сметка подобрява нивата на плодовитост.

Както бе споменато по-рано, хроничното излагане на замърсители на околната среда може да доведе до трайно и необратимо увреждане на репродуктивните системи чрез индуциране на оксидативен стрес, увреждане на ДНК, загуба на жизнеспособност на клетките и повишена апоптоза, всички от които могат да бъдат отслабени от Se [{{0} }]. Например, афлатоксинът, токсин от околната среда, открит в мускулите и черния дроб поради бионатрупване от консумация на селскостопански продукти, включително мляко и яйца, се приписва на предизвикване на канцерогенни и имуносупресивни ефекти [87]. Скорошно проучване показа, че SeNP намаляват увреждането на тестисите при мъжки мишки, изложени на афлатоксин В, поради ролята им в увеличаване на капацитета за изчистване на свободните радикали и намаляване на тежестта на ROS, като по този начин защитават сперматозоидите и тестисите от липидна пероксидация и апоптоза [88].

Биоактивността на SeNP също се проявява като подобрено производство на ембриони, когато сперматозоидите на изложени на афлатоксин В мъжки мишки се сливат със здрави ооцити по време на ин витро оплождане [88]. По подобен начин, друго проучване показа, че SeNPs спасяват индуцирана от никел некроза в семенните тубули чрез регулиране нагоре на GPx ензимната активност и понижаване на проапоптозните фактори, които инхибират медиираната от каспаза апоптоза, демонстрирайки антиоксидантния потенциал и защитната роля на SeNPs срещу нараняване на тестисите, предизвикано от метални замърсители от околната среда [89]. През последните години има повишен фокус върху комбинираните терапии, комбиниращи цисплатин с антиоксиданти за борба с различни странични ефекти, включително дисфункция на тестисите, свързана с безплодие. Интересно е, че приложението на SNP подобрява хистологичните характеристики и теглото на тестисите в присъствието на индуцирана от цисплатин тестикуларна токсичност [90]; което още веднъж показва потенциала на SeNPs да запазят жизнеспособни сперматозоиди.

Друга основна причина за безплодие е наличието на промишлени химикали в много потребителски продукти, които са ендокринни разрушители, където дългосрочното излагане на такива химикали е свързано с репродуктивна дисфункция [91,92]. Например, бисфенол А (BPA) е екологичен токсин, свързан с пластмасите, и е свързан с насърчаване на безплодието [77]. Въпреки това, съвместното приложение на Se на мишки, изложени на BPA, подобрява антиоксидантната активност и намалява експресията на ER-2 на гени, участващи в модулирането на апоптозата по време на сперматогенезата, като по този начин спасява индуцираното от BPA увреждане и токсичност на тестисите [93]. Защитните ефекти на SeNP надминаха тези на добавения (неорганичен) натриев селенит, както се демонстрира от способността да се намалят проапоптозните механизми, фрагментацията на ДНК и избраните нива на генна експресия, предлагайки мощна стратегия за репродуктивна защита срещу екзогенни токсини.

Друг често срещан ендокринен разрушител, свързан с репродуктивна токсичност и широко използван в потребителските стоки, е ди-н-бутил фталат (DBP). Бременни женски плъхове, изложени на DBP и администрирани с SeNPs, родиха мъжко потомство с повишени нива на тестостерон, подобрени INSL3 и MR гени, свързани с функционалността на клетките на Leydig, подобрен антиоксидантен капацитет и намалени нива на MDA чрез инхибиране на липидната пероксидация, в сравнение с тези животни, изложени само на DBP [76]. Следователно SeNP могат да бъдат потенциална защитна добавка, използвана срещу репродуктивна токсичност, предизвикана от токсини от околната среда в общата популация, особено по време на критичните етапи на бременността.

2.3. Въздействие на селеновите наночастици върху растежа

Добре установен факт е, че хранителната интервенция влияе върху растежа и плодовитостта и антиоксидантния статус на потомството [50]. Важно е, че нарастващото търсене на риба и месо като основни диетични източници и търсенето на висококачествени храни с благоприятни здравословни характеристики са подтикнали нови изследвания в подобряването на храненето, за да се снабди света с подобрено качество на храната при по-високи производствени нива [72]. Напоследък вниманието беше насочено към добавките със SeNP като един от основните диетични подходи, използвани в аквакултурите, селското стопанство и птицевъдството [94].

Рибата е основен източник на животински протеин в много страни [95]. Въпреки това нарастващото потребителско търсене и увеличаването на замърсяването на околната среда доведоха до предизвикателства в аквакултурите и хранителните изследвания, които са от съществено значение за устойчивото снабдяване с риба и бъдещата продоволствена сигурност в световен мащаб [96]. Нилската тилапия, богата на омега-3 мастни киселини, е една от най-широко консумираните риби в света [97]. Проучванията, изследващи добавянето на нилска тилапия с 1 mg SeNPs/kg телесно тегло, демонстрират подобрена производителност на растеж, измерена чрез по-голямо наддаване на тегло в сравнение с това на контролата; обаче, това благоприятно действие на SeNPs е ограничено, тъй като рибите, допълнени с доза над или под 1 mg/kg, не показват повишено наддаване на тегло [72].

В допълнение, рибата, допълнена с 1 mg SeNPs/kg телесно тегло, показва желания профил на мастни киселини и едновременно подобрение на антиоксидантния потенциал, както се демонстрира от по-високо съдържание на полиненаситени мастни киселини и съответно значително повишена GPx активност. Тези резултати допълнително изясняват важността на дозата Se, използвана в храната за животни, и потенциала за насърчаване на растежа на SeNPs и резултатите също бяха потвърдени при интензивно птицевъдство [65]. Друго подобно проучване сравнява ефектите на SeNPs с тези на традиционните форми на Se (органични и неорганични), използвайки нилска тилапия [51].

Резултатите от това проучване показват, че рибите, допълнени със SeNP, показват оптимален хематологичен профил, използвайки измервания на хемоглобин, червени кръвни клетки и циркулиращи нива на IgM, което предполага подобрено здраве и имунологичен статус при използване на тази форма на диетичен Se. Освен това, SeNPs едновременно подобряват активността на SOD, каталазата (CAT) и GPx и намаляват нивата на MDA в черния дроб, което предполага повишена чернодробна антиоксидантна защита, което е в съответствие с предишно проучване [72]. Освен това, SeNPs подобряват здравето на червата, което се демонстрира чрез по-голяма дължина на вилуса и броя на бокалните клетки в лигавицата на дебелото черво, което показва по-ефективно храносмилане и използване на храната и подобрена мукозна защита за подлежащите черва.

Важно е, че изследванията показват също, че диетичният Se подобрява благоприятно микробиома на червата чрез повишаване на изобилието от полезни бактерии и ограничаване на растежа на нежелани патогени [98]. В сравнение с други метални наночастици, като сребърни и златни наночастици с антимикробни свойства, SeNPs са относително по-малко токсични, тъй като те са присъщи за метаболитните процеси и присъстват в биологичната система [99,100].

Птици бройлери, хранени с 0,9 mg SeNPs/kg телесно тегло повлияха на рода на чревните бактерии и подобриха здравето на червата, демонстрирайки повишено изобилие от полезни бактерии, включително Lactobacillus и Faecalibacterium; фенотип, който е свързан с благоприятно производство на метаболит, включително бутират [101]. При същите тези хранителни добавки, производството на късоверижни мастни киселини също беше повишено и това беше свързано с подобрен имунитет и функция на лигавицата на дебелото черво, със съизмеримо намаляване на риска от възпаление, диабет и IBD. Взети заедно, тези резултати предполагат потенциалното приложение на SeNPs в храните за домашни птици за постигане на полезни здравни резултати чрез модификация на чревната микробиота.

Глобалното затопляне причинява повишаване на температурата на морето, което оказва отрицателно въздействие върху растежа, метаболизма и различните физиологични функции на водните животни и в крайна сметка намалява процента на оцеляване. При тези условия, включеният механизъм увеличава производството на свободни радикали и намалява увреждането на тъканите, което може да бъде отслабено чрез добавяне на SeNP [102]. Освен това, скорошно проучване установи, че добавянето на SeNP облекчава топлинния стрес и подобрява термичната толерантност при дъговата пъстърва чрез регулиране на GPx и CAT активностите и активиране на глутамат-глутаминови пътища, свързани с намалено производство на ROS и възпаление [103]. Микроскопски, фосфолипидната мембрана на дъговата пъстърва е по-интегрална поради индуцираното от SeNP смекчаване на окислителното увреждане. Друго подобно проучване показа, че SeNP насърчават възстановяването на протеини и инхибират апоптозата при дъгова пъстърва чрез регулиране нагоре на протеини от топлинен стрес и регулиране надолу на проапоптозни протеини и синтез на холестерол [104].

В селскостопанската индустрия SeNP облекчават топлинния стрес при недоразвити прасенца, характеризиращ се с повишени плазмени SOD, CAT и GPx активности, повишен противовъзпалителен IL-10 цитокин и понижени нива на окислителния биомаркер MDA [68]. Друго скорошно проучване установи ролята на SeNP за подобряване на устойчивостта към биологичен стрес в растенията, за да се ограничи употребата на химически пестициди, където потенциалната токсичност при хората е присъщ риск [105]. Освен това, SeNPs подобряват резистентността към патогенна инвазия в пъпешовите растения чрез повишени SOD и CAT активности и техните нива на mRNA, заедно с повишени APX и POD активности, което предполага подобрен антиоксидантен капацитет и почистване на ROS [106]. Подобрената фотосинтеза в пъпешите беше придружена от откриването на повишено изобилие от митохондрии, хлорофил и очевидно удебеляване на клетъчните стени. Взети заедно, тези резултати демонстрират значението на SeNPs в медиирането на толерантността към топлинен стрес чрез повишен антиоксидантен капацитет и толерантност към термичен и биологичен стрес, като по този начин подобряват жизнеспособността на биологичните организми.

Многобройни проучвания са документирали, че диетата на майката с добавяне на SeNP влияе върху растежа и фертилитета и антиоксидантния статус на потомството [52,107]. В сравнение с натриев селенит и селенови дрожди, SeNPs са най-ефективни за повишаване на производството на яйца, теглото на яйцата и съотношението на конверсия на фуража при кокошки носачки, придружено от значително повишена концентрация на Se в яйцата, нива на GPx1 чернодробна мРНК и серумна GPx активност и по-ниски нива на MDA [66]. Интересното е, че SeNP повишават толерантността на кокошките носачки към деоксиниваленол (DON; гъбичен токсин), най-вероятно чрез механизъм на SeNP-медиирано усилване на антиоксидантната активност [65]. По този начин кокошките носачки, изложени на DON и хранени с фураж с добавка на SeNP, демонстрират повишена антиоксидантна защита и имунен отговор към DON, характеризиращи се с подобрени нива на GPx, по-високо производство на яйца и защита срещу оксидативно увреждане и процент на яйца с мека черупка или напукани яйца.

Въпреки че подходящото количество топлина е от ключово значение за ембрионалното развитие и растеж, високите температури на инкубация могат да повлияят неблагоприятно върху способността за люпване и растежа на бройлерите [65]. И все пак, in ovo инжектирането на SeNPs по време на късна инкубация при бройлери значително повишава антиоксидантния капацитет и отслабва оксидативния стрес, което се проявява като понижени нива на кортизол и повишено съотношение Т3/Т4, което предполага намален топлинен стрес и повишен метаболизъм на хормоните на щитовидната жлеза. Отново, тези резултати засилват значението и потенциалното приложение на добавките на SeNP за подобряване на производството и качеството на храните в птицевъдната индустрия.

2.4. Въздействие на селеновите наночастици върху болестите и човешкото здраве

Както бе споменато по-горе, Se притежава противовъзпалителни и антиоксидантни свойства. По този начин редица изследвания са изследвали ефектите на Se специално под формата на SeNP върху облекчаване на заболявания, включително диабетна нефропатия [108], болест на Алцхаймер [61] и левкемия [109] in vitro и животински модели.

Най-често срещаните хронични заболявания, свързани с естественото стареене, включително диабет, болест на Алцхаймер (AD), сърдечно-съдови заболявания и рак, се характеризират с повишено производство на ROS, оксидативен стрес и хронично възпаление. При диабетни плъхове е доказано, че SeNP намаляват провъзпалителните маркери, включително нивата на IL-1 и TNF и бъбречните нива на MDA, което води до по-нисък оксидативен стрес, което се показва от подобрени бъбречни функции поради по-ниска серумна урея и креатинин заедно с намалени нива на глюкоза [108]. Освен това, ресвератрол (RSV), естествено срещащ се химикал, открит в гроздето с невропротективни свойства, показва максимални терапевтични ефекти срещу AD, когато се доставя на плъхове в RSV-SeNPs коктейл [110]. По отношение на биологичните механизми на действие, синергичното взаимодействие на RSV и SeNP може по-добре да намали липидната пероксидация, да облекчи разрушаването на митохондриалната мембрана и да възстанови нивата на антиоксидантни ензими в мозъчните тъкани, засегнати от AD. Плъхове с AD, на които е приложен RSV-SeNPs коктейл, показват подобрени симптоми на AD, показани чрез подобрени нива на ацетилхолин и нарушено образуване на А агрегати, придружени от повишен клирънс на А пептиди, като по този начин инхибират локалните възпалителни реакции.

Потенциалната терапевтична полза от активността на SeNP срещу оксидативен стрес и възпаление също е демонстрирана в модел на сърдечно оксидативно увреждане и фиброза, индуцирани от ниски нива на тиреоиден хормон при хипотироидни плъхове [111]. Тук SeNPs, приложени при 150 µg/kg, намаляват сърдечната фиброза и хипертрофия на кардиомиоцитите чрез повишени CAT и SOD активности и нива на тиол, с намалени нива на MDA в сърдечните тъкани. По подобен начин в модел за съдова ендотелна клетъчна дисфункция и увреждане при плъхове, индуцирани от хомоцистеин, SeNPs, натриев селенит и селенометионин подобряват съдовия фенотип чрез спасяване на локални нива на GPx1 и GPx4 [112]. Трябва да се отбележи, че при тези условия SeNPs показват по-ниска токсичност в сравнение с други форми на Se, като същевременно поддържат подобно ниво на вазозащита. По-ниската токсичност на SeNPs беше потвърдена в друго проучване, където LD50 на SeNPs беше 18-кратно по-висок от този на селенит в миши модели, с по-малко задържане на Se [113]. Независимо от това, SeNPs, когато се прилагат в същата доза като селенит, не само намаляват нивата на TBARS (друг вторичен маркер за липидна пероксидация), но също така повишават нивата на GSH.

В допълнение към терапевтичните свойства на SeNP при хронични заболявания се съобщава, че превозното транспортиране на Se показва или синергични ефекти с лекарства за рак, или показва противоракова активност, специфична за раковите клетки, което предполага по-малко токсичност и странични увреждания на здрави клетки и тъкани. Например, SeNP насърчават подуване и клетъчен лизис в клетки на остра миелоидна левкемия (AML) чрез спиране на клетъчния цикъл и апоптоза, като същевременно показват минимална токсичност за хемопоетични стволови клетки и Т клетки [109]. Трябва да се отбележи, че SNPs, използвани в това проучване, са вградени в нанотръби, състоящи се от полизахарид с тройна спирала -d-глюкан (BFP), извлечен от черна гъбичка, която насърчава адхезията към биологичните тъкани, като впоследствие повишава степента на абсорбция и задържане на BFP-SeNP. По подобен начин, SeNPs, капсулирани в златни наноклетки, се освобождават в целевите тъкани при радиация и стимулират локална апоптоза поради ROS-индуцирана митохондриална дисфункция, когато се използват заедно с лекарство за рак, което предполага потенциално целево освобождаване на SeNPs [64]. Важно е, че SeNPs повишават ефикасността на елиминиране на раковите клетки в сравнение с нормалните здрави клетки, което беше потвърдено от друго проучване [114]. Освен това, усилването на селективната апоптоза с помощта на SeNPs също е демонстрирано при рак на гърдата, при условия на експериментална култура, където SeNPs са добавени към клетките на рак на гърдата in vitro 24 часа преди лечението с облъчване [115].

За да се повиши селективността на SeNPs в насочена към рак система за доставяне на лекарства, изследванията показват, че SeNPs, прикрепени към фолат (FA) преди зареждането на лекарството за рак рутениев полипиридил (RuPOP), ефективно подобряват специфичността на лекарството, така че RuPOP се освобождава само в киселинна микросреда (напр. стомаха), за да се улесни освобождаването на лекарството при поискване [116]. Като цяло тези резултати предполагат потенциалното приложение на SeNPs като синергично лечение на рак поради тяхната селективност при насърчаване на смъртта на раковите клетки, вероятно чрез активиране на SeNPs при спиране на клетъчния цикъл във фазата G2/M, метаболитен стрес и повишено вътреклетъчно производство на ROS в ракови клетки. В допълнение към апоптотичната активност на SeNPs срещу ракови клетки, SeNPs, конюгирани с кверцетин (Qu) и ацетилхолин (ACh), представят антибактериална активност срещу мултирезистентни супербактерии (MDRs), като причиняват необратимо увреждане на бактериалната клетъчна стена при адхезия [63].

Както бе споменато по-рано, SeNP могат да намалят отрицателните въздействия на токсините от околната среда и химикалите, които обикновено присъстват в търговските продукти върху плодовитостта, и техните полезни ефекти могат да бъдат демонстрирани и при други заболявания. Наночастиците селен могат да възстановят невротоксичността и двигателните дефицити при плъхове, индуцирани с пестицид циперметрин (CYP), чрез смекчаване на оксидативния стрес, дължащ се на метаболизма на CYP в черния дроб, което води до ROS и оксидативен стрес [117]. Невротоксичните мишки, третирани със SeNPs, показват нормални поведенчески резултати, които са свързани с повишените нива на GABA и глутатион и по-ниски нива на MDA и възпалителни маркери (TNF- и IL-1), като по този начин предотвратяват прекомерното индуцирано от CYP възбуждане на невронна система. В допълнение, SeNP защитават черния дроб и бъбреците срещу токсичните ефекти, предизвикани от широко използваното аналгетично лекарство, ацетаминофен, чрез поддържане на целостта на ДНК и подобрен чернодробен антиоксидантен капацитет, подкрепен хистологично от намалени чернодробни оксидативни лезии и възстановена чернодробна клетъчна структура [62] .

Интересно е, че скорошно проучване изследва потенциалните аналгетични ефекти на SeNPs при възпалителни заболявания, тъй като възпалението насърчава освобождаването на възпалителни медиатори, които възбуждат ноцицептивните неврони, водещи до локално възпаление и болка [118]. Въпреки противовъзпалителната активност на SeNPs, подкрепена от намален брой левкоцити и провъзпалителни цитокини, включително простагландин, TBAR и NOx маркери, SeNPs не оказват влияние върху ноцицептивния праг при модели на плъхове.

2.5. Синтез на селенови наночастици

Дневната нужда от прием на Se, от която тялото се нуждае, може да бъде получена чрез ядене на обогатени на Se храни, включително зеленчуци, зърнени храни и месо; но ежедневните нужди от Se може да не бъдат задоволени в достатъчна степен само чрез диетична консумация [119]. В сравнение с конвенционалните форми на добавки на Se, налични на пазара, SeNP превъзхождат органичните и неорганичните форми на Se по отношение на биоактивност и токсичност. В светлината на потенциалното приложение на SeNP в индустриите за аквакултури, птици и хранителни добавки за хора, SeNP могат да се превърнат в нова форма на добавки на Se [76]. Има няколко пътя за синтезиране на SeNPs, от които най-често срещаните видове са химичен синтез, който използва различни реагенти, и биосинтеза, включваща растения или микроорганизми за производство на капсулирания микроелемент [120]. За химическата методология, методите за получаване на SeNPs и методите за характеризиране на двете синтетични методологии като цяло са стандартизирани, но подготовката за биосинтеза на SeNPs варира в широки граници в зависимост от вида на използваните растения и микроорганизми, които са обобщени и обсъдени тук.

За получаването на SeNP чрез химичен синтез, стандартният протокол, използван от повечето проучвания, включва добавянето на 1 mL от 25 mM разтвор на NaSe в 4 mL глутатион (GSH) със същата концентрация, съдържащ 15 mg говежди серумен албумин (BSA), след добавяне на стабилизиращ полимер и регулиране на pH до 7,2 [41,117]. Струва си да се отбележи, че размерът и повърхностният заряд на SeNP могат да бъдат манипулирани чрез промяна на pH на разтвора и количеството BSA, използвано в производствения процес [3,121]. Крайният разтвор, съдържащ продукта SeNP, се пречиства чрез диализа срещу двойно дестилирана вода в продължение на 4 дни и водата се сменя ежедневно, за да се изолира страничният продукт GSH от крайния продукт. Морфологията и идентичността на крайния продукт бяха характеризирани и проверени с помощта на рентгенова дифракция, поставяне на малка проба, оцветена с фосфоволфрамова киселина (2 процента) върху медна решетка и разглеждане на пробата под трансмисионна електронна микроскопия (TEM). Друг метод за приготвяне използва селенов диоксид (SeO2), разтворен в дестилирана вода, съдържаща 0.2 процента поливинилпиролидон (PVP), за да се получи разтвор на селенова киселина, който става бистър при охлаждане в ледена баня [118]. Добавянето на ледено студен 0.1 mol/L редуциращ агент, калиев борохидрид, инициира промяна на цвета в разтвора на SeO2 от бистър до жълто-оранжев, което е показателно за образуването на SeNPs. Подобно на метода за характеризиране, споменат по-рано, полученият разтвор, съдържащ SeNPs, след това се характеризира с помощта на техники за динамично разсейване на светлината (DLS) и електрофоретично разсейване на светлината (ELS), за да се определи стойността на зета потенциала и да се осигури морфологията на SeNPs. По-високият зета потенциал, независимо от знака (т.е. плюс /-) е показателен за стабилност на частиците и това се проявява като повишена устойчивост на агрегация. Това се обяснява с по-ниска стойност за зета потенциала, което означава, че силите на привличане могат да надхвърлят междучастичното отблъскване и дисперсията може да се разпадне и да образува малки бучки/маси. Следователно подходящата стойност на зета потенциала е от решаващо значение за формирането и стабилността на SeNP [122].

За биосинтезата на SeNP няколко проучвания използват техника, подобна на химичните синтези (описани по-горе), но вместо това използват растения и аскорбинова киселина като химичен редуктор [76,113,123]. Водоразтворими и естествени полимерни полизахариди, като хитозан, конджак глюкоманан, акациева гума, карбоксиметил целулоза, глюкан, получен от растения, като черна гъба [109] и Lentinus Edodes (гъба шийтаке) [114] и корени на растения, включително Withania somnifera [79], са използвани, тъй като те са отлични стабилизатори в синтеза на диспергирани колоидни SeNP [123]. Наночастиците селен, произведени с помощта на този протокол, използват разтвор на селенова киселина в смес, съдържаща полизахариди, като целулоза, като се получава водна суспензия на Se/целулоза, която се смесва с аскорбинова киселина. Разтворът на аскорбинова киселина се добавя бавно към суспензията на Se/целулоза и се разбърква енергично, докато суспензията промени цвета си от бяло до керемиденочервено/оранжево, когато колоидите Se/целулоза и SeNP започнат да се образуват. След това крайният продукт може да бъде отделен, пречистен чрез диализа и измит с вода и 70 процента етанол, за да се отстрани излишната аскорбинова киселина и други странични продукти с ниско молекулно тегло, след което да се изсуши с помощта на процес на сушене чрез пулверизиране, за да се отстрани остатъчната влага.

Друго подобно проучване, изследващо антимикробните действия на SeNP срещу супербактерии, използва кверцетин (Qu), важен растителен флавоноид, присъстващ в много плодове, цветя и зеленчуци поради присъщите му антибактериални свойства, както и невротрансмитер на ацетилхолин (ACh) поради способността му да се комбинират с рецептора, присъстващ на клетъчната стена на бактериите, като по този начин насърчават свързването на Qu-ACh-SeNP с бактерии [63]. За да се синтезират Qu-ACh-SeNPs, NaSe се смесва с Qu, разтворен в метанол и ACh хлорид в присъствието на оцетна киселина в продължение на 10 минути при студени условия. След добавянето на редуциращ агент, натриев борохидрид, сместа се разбърква енергично. Крайният червен разтвор се центрофугира за събиране на червената утайка, последвано от многократно промиване с PBS за получаване на крайния комплексен Qu-ACh-SeNP продукт.

Синтезът на SeNP може също да използва лизати от бактериални клетки [124] или анаеробна гранулирана утайка, съдържаща бактерии, за биологично намаляване на образуващите селенит биогенни SeNP [3]. Стъпките за този протокол включват събиране на биофилми от гранулирана утайка от реактор с анаеробна утайка, обработващ отпадъчни води от хартиена фабрика, които след това могат да бъдат използвани в микробното превръщане на разтворими Se оксианиони в неразтворим елементарен Se, който е включен в биогенни SeNP, както се потвърждава от появата на вещество с червен цвят. Механично, бактериите синтезират SeNP чрез или селенитна денитрификация, включваща нитратни редуктази и клетъчни кофактори (присъстващи в E. coli), редукцията на Se (IV) съединения, включващи нитритни редуктази (присъстващи в Rhizobium), и селенатната редуктаза, участваща в химическата редукция на селенат или редукция на селенит чрез редуцирани тиоли, като GSH (присъстващ в еукариотни клетки, цианобактерии и -, - и -групите на протеобактериите) [60]. Този процес има допълнителна потенциална полза от намаляване на изхвърлянето на замърсена със Se утайка във водната среда, като се имат предвид нарастващите опасения относно токсичността на Se при водните животни [57]. Интересно е, че биогенните SeNP са 3{12}}пъти по-малко токсични от селенита и 10-пъти по-малко токсични от химически синтезираните SeNPs в ембриони на рибка зебра при сравняване на LC50 стойности [3].

Въпреки по-ниската токсичност на биогенните SeNPs в сравнение с тази на химически синтезираните SeNPs, един присъщ риск, свързан с този начин на синтез е, че значително количество биогенни SeNPs може да остане в биореактора поради неговата колоидна структура, което води до изхвърляне във водната среда [3]. Независимо от това, биогенните SeNP са по-малко токсични с по-ниска бионаличност поради наличието на извънклетъчни полимерни вещества, което намалява взаимодействията между наночастиците и биологичните организми. За разлика от използването на биологична утайка при производството на биогенни SeNP, други изследвания са използвали органи на риба, като хриле [57]. В тези изследвания хомогенизираните рибни хриле се центрофугират за събиране на супернатантата, която се смесва с 200 mL 2М натриев селенит и се разклаща непрекъснато в продължение на 36 часа. След центрофугиране, събраните пелети се изсушават и съхраняват при стайна температура, така че по-късно да могат да бъдат натрошени, за да образуват груб колоид, както се изисква за хранителни добавки.

Както бе споменато по-рано, определените SeNP могат да се използват като система за доставяне на лекарства за подобряване на селективността на товара между болни и здрави клетки, където синтезът на SeNP често включва използването на метални наноклетки, включително злато. Този производствен процес включва две стъпки, (i) синтез на златни наноклетки и (ii) зареждане на селенови киселини и материали за фазова промяна (PCM), като лауринова киселина, в наноклетките [64]. Първо, сребърни нанокубчета от 45 mm се превръщат в златни наноклетки (AuNCs) чрез реакция на галванично заместване с HAuCl4. Второ, 1 mL AuNCs се диспергира в 0.5 mL метанол, съдържащ 0.3 g PCM (лауринова киселина) и 0.2 g селенова киселина, който се разбърква при 50 ◦C за 5 часа и след това се центрофугира при 14,000 rpm, за да се получат SeNPs, капсулирани в златни наноклетки, които след това могат да бъдат повторно диспергирани в 1 mL дейонизирана вода, за да се получи крайният продукт. По подобен начин друго проучване подготви два типа селенови наночастици с квантово-механични свойства, които показват инхибиране на растежа в раковите клетки чрез индуциране на митохондриално-медиирана апоптоза и некроза [125]. Друго проучване, изследващо ефектите на терапевтичното усилване на SeNPs за лекарството против рак, рутениев полипиридил (RuPOP) конюгиран фолат (FA) и SeNPs към RuPOP, произвеждащо FA-RuPOP-SeNPs, което е синтезирано по подобен начин с помощта на аскорбинова киселина, натриев селенит, и полизахаридни полимери [116]. FA рецепторите обикновено са свръхекспресирани в раковите клетки, което е характеристика, която може да се използва при разработването на лекарства за рак, за да се улесни доставянето и усвояването на FA-RuPOP-SeNPs от раковите клетки.

3. Изводи
Хранителната добавка на SeNPs демонстрира редица ползи в селското стопанство и хората, с превъзходна производителност в сравнение с традиционните химически форми на диетичен Se. Поради това на него все повече се гледа като на новаторска и нова алтернатива. Признавайки антиоксидантните свойства на хранителния Se, ползите, приписвани на SeNP, включват по-ниска токсичност, повишена производителност на растеж, подобрено хранително качество, имунни функции, подобрена цялостна репродуктивна производителност, намален оксидативен стрес и възпаление, облекчен топлинен стрес, невротоксичност и замърсители на околната среда, повишени устойчивост на инфекции, помощни ефекти при химиотерапия, селективна апоптоза на ракови клетки, селективно доставяне на лекарства за рак и антибактериални действия срещу супербактерии.

Въпреки това все още са необходими допълнителни проучвания за изясняване на фармакологичната активност и безопасните дози поради присъщите биологични и екологични вариации и различния (базов) статус на Se за животни и хора в различни региони на света. Предимствата, споменати по-горе, в комбинация с множеството синтетични пътища, използвани за разработване на съобразени SeNPs за използване в интензивно земеделие и като потенциални терапевтици за човешки патологии, правят тази форма на Se основен кандидат за по-нататъшни изследвания. Въпреки това, в допълнение към ограничените данни за токсичност, понастоящем има недостиг на пълни фармакокинетични данни, включително усвояване на SeNP спрямо полуживот и метаболизъм и натрупване на SeNPs или метаболит в тъканта спрямо дозата. След като бъде налично по-пълно фармакокинетично проучване за оптимални форми на SeNPs, по-нататъшното тестване на тези оптимални системи за доставяне на Se ще изисква обширни бъдещи проучвания върху хора с помощта на рандомизирани контролни проучвания.

Авторски принос:

Концептуализация, PKW и GA; софтуер, AM, AA и J.-YS; валидиране, AA и AM; разследване, АА; ресурси, АА; обработка на данни, AA и AM; писане - подготовка на оригинална чернова, AA и AM; писане - преглед и редактиране, PKW, J.-YS и GA; визуализация, АМ; надзор, PKW и GA; придобиване на финансиране, PKW Всички автори са прочели и са съгласни с публикуваната версия на ръкописа.

Финансиране:

Това изследване е финансирано от Австралийския изследователски съвет, грант номер "DP200102670" (присъден на PKW).

Изявление на институционалния съвет за преглед:

Не е приложимо за проучвания, които не включват хора или животни.

Благодарности:

Благодарим на Белал Чами за прочитането на черновата на този ръкопис и за критичната обратна връзка.

Конфликти на интереси:

Авторите декларират липса на конфликт на интереси.

Препратки

Mojadadi, A.; Au, A.; Салах, У.; Witting, P.; Ahmad, G. Роля на селен в метаболитната хомеостаза и човешката репродукция. Хранителни вещества 2021, 13, 3256. [CrossRef] [PubMed]

2. Fordyce, FM Дефицит на селен и токсичност в околната среда. В Основи на медицинската геология; Springer: Берлин/Хайделберг, Германия, 2013 г.; стр. 375–416.

3. Мал, Дж.; Veneman, WJ; Nancharaiah, YV; van Hullebusch, ED; Peijnenburg, WJGM; Vijver, MG; Lens, PNL Сравнение на съдбата и токсичността на селенит, биогенно и химически синтезирани селенови наночастици към ембриогенезата на риба зебра (Danio rerio). Нанотоксикология 2017, 11, 87–97. [CrossRef] [PubMed]

4. Крисяк, Р.; Ковалче, К.; Okopie ´n, B. Селенометионинът потенцира въздействието на витамин D върху автоимунитета на щитовидната жлеза при еутироидни жени с тиреоидит на Хашимото и нисък статус на витамин D. Pharmacol. Rep. 2019, 71, 367–373. [CrossRef] [PubMed]

5. Уанг, Й.; Гао, X.; Педрам, П.; Шахиди, М.; Du, J.; Yi, Y.; Гъливер, В.; Джан, Х.; Sun, G. Значителна полезна асоциация на висок диетичен прием на селен с намалена телесна мазнина в проучването CODING. Хранителни вещества 2016, 8, 24. [CrossRef]

6. Winther, KH; Рейман, MP; Bonnema, SJ; Hegedüs, L. Селен в щитовидната жлеза - Основни знания за клиницистите. Нац. Rev. Endocrinol. 2020 г., 16, 165–176. [CrossRef]

7. Мутонходжа, Б.; Радост, EJM; Bailey, EH; Ларк, MR; Кангара, MGM; Broadley, MR; Matsungo, ТМ; Чопра, П. Връзки между почвата, културите, добитъка и статуса на човешки селен в Субсахарска Африка: преглед на обхвата. Вътр. J. Food Sci. техн. 2022, 57, 6336–6349. [CrossRef]

8. Уанг, Н.; Тан, Х.-Й.; Li, S.; Xu, Y.; Guo, W.; Feng, Y. Добавяне на микроелемент селен при метаболитни заболявания: неговата роля като антиоксидант. Oxidative Med. клетка. Лонгев. 2017, 2017, 7478523. [CrossRef]

9. Крюков, Г.В.; Кастелано, С.; Новоселов, С.В.; Лобанов, А.В.; Зехтаб, О.; Гуиго, Р.; Gladyshev, VN Характеризиране на селенопротеоми на бозайници. Science 2003, 300, 1439. [CrossRef]

10. Fontenelle, LC; Feitosa, MM; Фрейтас, TEC; Северо, JS; Morais, JBS; Henriques, GS; Оливейра, FE; Моита Нето, JM; Marreiro, DdN Статус на селен и връзката му с хормоните на щитовидната жлеза при жени със затлъстяване. Clin. Nutr. Евро. Soc. Clin. Nutr. Metab. 2021, 41, 398–404. [CrossRef]

11. Сантос, AdC; Passos, AFF; Holzbach, LC; Cominetti, C. Прием на селен и гликемичен контрол при млади възрастни със синдром на затлъстяване с нормално тегло. Отпред. Nutr. 2021, 8, 696325. [CrossRef]

12. Dhillon, VS; Део, П.; Fenech, M. Профилът на плазмените микроелементи на случаите на рак на простатата се променя спрямо здравословните контроли Резултати от пилотно проучване в Южна Австралия. Ракови заболявания 2022, 15, 77. [CrossRef]

13. Стивънс, Дж.; ван ден Бранд, Пенсилвания; Goldbohm, RA; Schouten, LJ Състояние на селен и риск от подтипове на рак на хранопровода и стомаха: Холандско кохортно проучване. Гастроентерология 2010, 138, 1704–1713. [CrossRef]

14. Сюе, Г.; Liu, R. Асоциация между диетичния прием на селен и костната минерална плътност в общото население на САЩ. Ан. Превод Med. 2022, 10, 869. [CrossRef]

15. Канг, Д.; Лий, Дж.; Wu, C.; Гуо, X.; Лий, BJ; Chun, J.-S.; Ким, Дж.-Х. Ролята на метаболизма на селена и селенопротеините в хомеостазата на хрущяла и артропатиите. Exp. Mol. Med. 2020, 52, 1198–1208. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com