《Inorganic Chemistry Communications》：Phyto-engineered selenium nanoparticles from Origanum majorana: Synthesis, physicochemical characterization, in vitro biomedical evaluation, and molecular docking against HPV-16 E6 oncoprotein
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本研究利用甜罗勒叶提取物（OMLE）绿色合成硒纳米颗粒（SeNPs），通过表征证实其球形结晶结构（平均粒径21.33±9.14 nm），并展现显著抗氧化（DPPH IC50=143.18 μg/mL）、抗糖尿病（α-淀粉酶/α-葡萄糖苷酶抑制）及广谱抗菌活性（尤其对革兰氏阳性菌）。体外实验显示SeNPs对SiHa宫颈癌细胞选择性毒杀（IC50=65.12 μg/mL），并经分子对接验证与HPV-16 E6蛋白结合（结合能-6.75 kcal/mol），为多功能生物材料开发提供依据。
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印度泰米尔纳德邦金奈萨蒂亚巴玛科学与技术学院（Sathyabama Institute of Science and Technology）实验室动物技术研究中心，邮编600119
摘要
通过绿色方法合成的硒纳米颗粒（SeNPs）在生物医学应用中展现出巨大潜力。在本研究中，使用牛至（Origanum majorana）叶提取物（OMLE）作为天然还原剂和稳定剂，实现了SeNPs的环保合成。通过紫外-可见光谱（280 nm）确认了纳米颗粒的形成，而XRD和TEM分析显示这些纳米颗粒主要为球形晶体，平均粒径为21.33 ± 9.14 nm。FTIR和GC-MS分析表明酚类、黄酮类化合物及苷类物质参与了纳米颗粒的还原和稳定过程，ζ电位分析（-30.3 mV）证实了其良好的胶体稳定性。XPS分析证实形成了零价硒（Se0），并且纳米颗粒表面存在植物化学物质。与OMLE相比，合成的SeNPs表现出显著增强的抗氧化活性（DPPH IC??：143.18 μg/mL；ABTS IC??：147.04 μg/mL），以及通过抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶而展现出的显著抗糖尿病潜力。此外，SeNPs还具有广谱抗菌活性，对革兰氏阳性细菌的杀伤效果更佳。体外抗癌实验显示其对SiHa宫颈癌细胞具有选择性毒性（IC??：65.12 μg/mL），而对正常成纤维细胞的毒性较低，这一结果得到了细胞凋亡和膜完整性检测的支持。分子对接分析表明SeNPs与HPV-16 E6致癌蛋白之间存在有利相互作用（结合能：-6.75 kcal/mol）。总体而言，本研究突显了牛至介导的SeNPs作为多功能、生物相容性纳米材料的潜力及其在生物医学领域的广泛应用。
引言
纳米技术是一个跨学科研究领域，专注于纳米尺度材料的设计、合成与表征，其物理化学性质往往与其块体形式存在显著差异[1]。在各种纳米材料中，金属纳米颗粒因具有可调的表面性质、高表面积与体积比以及在生物医学、环境和工业领域的广泛应用而受到持续关注[2]。这些材料由于量子限制效应和增强的表面反应性，展现出独特的电学、催化和光学特性，从而可用于诊断、治疗和抗菌应用[3]。
金属纳米颗粒可通过化学、物理和生物方法合成，每种方法都会影响颗粒大小、形态、表面化学性质和稳定性[4]。例如，脉冲激光烧蚀法可制备高纯度纳米颗粒，但需要高能量输入和昂贵设备[5]；化学合成技术能更好地控制颗粒均匀性，但通常涉及有毒的还原剂和稳定剂，从而引发环境和生物安全问题。在这种情况下，生物或“绿色”合成策略作为环保替代方案受到重视，它们利用植物提取物或生物分子作为还原剂和包覆剂，从而减少有害副产物并提高生物相容性。
硒（Se）是一种重要的微量元素，参与免疫调节、抗氧化防御和甲状腺激素代谢[6]。其生物学重要性促使人们广泛研究基于硒的纳米材料在生物医学中的应用，特别是在氧化应激相关疾病、微生物感染和癌症相关病症中的用途[7]、[8]。在纳米尺度上，硒纳米颗粒（SeNPs）比无机硒盐具有更强的生物活性和更低的毒性，使其成为治疗和预防研究的潜在候选者。SeNPs的抗菌和抗氧化活性已被广泛报道，这主要归因于其表面反应性及其与生物膜和细胞内成分的相互作用[9]、[10]、[11]。
除了抗菌活性外，SeNPs还对多种癌细胞系表现出选择性毒性，同时对正常细胞的毒性较低。这些发现增加了人们对其作为抗癌研究中的生物活性纳米材料的兴趣，尤其是作为辅助或替代传统化疗方法的手段，以克服药物耐药性和系统性毒性等问题[12]、[13]。然而，许多现有研究仅关注单一的生物活性，而未充分整合物理化学性质、生物选择性和分子水平上的相互作用分析[14]。利用药用植物进行绿色合成还有助于将生物活性植物化学物质结合到纳米颗粒表面，从而提高其稳定性和生物性能。牛至（Origanum majorana L.是一种属于唇形科（Lamiaceae）的多年生草本植物，广泛分布于地中海地区、欧洲、亚洲和北非[15]。牛至提取物富含酚类、黄酮类、萜类等次生代谢物，具有抗氧化、抗菌、保肝和细胞保护作用[16]、[17]、[18]、[19]、[20]。先前的研究也报道了牛至提取物对某些癌细胞系的细胞毒性，以及对药物诱导毒性的保护作用[21]、[22]、[23]，这表明其适合用于绿色纳米颗粒合成。
宫颈癌继续对全球公共卫生构成重大威胁，是导致女性癌症相关死亡的最常见恶性肿瘤之一[24]。虽然常规治疗方法（如化疗和放疗）被广泛使用，但其临床效果常受严重副作用、累积毒性和治疗耐药性增加的影响。这些挑战凸显了探索更安全、更有效的治疗策略的迫切需求[25]、[26]。同时，日益严重的抗菌耐药性问题进一步强调了开发多功能生物活性材料的必要性，以应对癌症相关并发症和微生物感染[27]。
尽管有越来越多的研究报道使用各种植物来源合成SeNPs，但牛至作为SeNPs生产中的生物还原剂和稳定剂的潜力尚未得到充分探索。许多先前研究仅关注单一的生物学指标，未能明确绿色合成过程与纳米颗粒生物性能之间的关系。特别是，关于药用植物衍生的植物化学物质在同时促进纳米颗粒稳定性和调节其抗菌及抗癌活性方面的作用尚未得到充分研究。牛至独特的植物化学组成（包括酚类、黄酮类和其他生物活性代谢物）可能显著影响合成纳米颗粒的物理化学性质和生物功能。因此，探索牛至介导的SeNPs合成方法可以为植物辅助纳米颗粒形成提供宝贵见解，并有助于开发具有增强生物医学潜力的生物相容性纳米材料。
本研究通过开发一种使用牛至叶提取物制备SeNPs的绿色合成方法，随后进行详细的物理化学表征和综合生物评估（包括抗氧化、抗糖尿病、抗菌和抗癌活性），填补了这一空白。此外，还利用分子对接分析针对HPV-16 E6致癌蛋白进行了研究，以初步了解观察到的抗癌效果背后的分子相互作用机制。通过将植物化学组成与纳米颗粒性质和生物结果结合在一个实验框架内，本研究探讨了植物衍生SeNPs的多功能生物医学潜力。
化学品和试剂
亚硒酸钠（Na?SeO?）；MTT试剂[3-(4,5-二甲基噻唑-2-基)-2,5-二苯基四唑溴化物]；2,2-二苯基-1-吡啶肼（DPPH）；α-淀粉酶；吖啶橙（AO）；碘化丙啶（PI）；2,2′-偶氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）（ABTS）；α-葡萄糖苷酶；溴化乙锭（EB）均购自Sigma-Aldrich（美国）。细胞培养试剂（FBS、DMEM、PBS、青霉素-链霉素和胰蛋白酶-EDTA）由Gibco（美国）提供。微生物培养基则从其他供应商处购买。
SeNPs的紫外-可见光谱分析
使用OMLE合成SeNPs的过程通过紫外-可见光谱得到证实，其特征吸收峰位于280 nm（图1a），表明亚硒酸钠（Na?SeO?）在纳米尺度上成功还原为单质硒。通过时间依赖的紫外-可见光谱研究了SeNPs的形成动力学，发现随着反应时间的延长，280 nm处的吸光度逐渐增加，证实了硒离子的逐步还原和纳米颗粒的形成。
结论
本研究展示了使用牛至叶提取物作为天然还原剂和稳定剂来绿色合成SeNPs的方法，提供了一种可持续、环保的替代传统方法的方式。富含植物化学物质的提取物有效促进了硒离子的还原和纳米颗粒的稳定，生成了分散均匀、稳定性高且具有生物活性的SeNPs。生物评估表明，这些生物合成的SeNPs具有多种生物活性。
CRediT作者贡献声明
奇丹巴拉姆·贾亚塞兰（Chidambaram Jayaseelan）：撰写初稿、研究设计、概念构思。巴拉尼达兰·帕拉马纳坦（Baranidharan Paramanathan）：研究实施、数据管理。奇纳佩鲁马尔·卡马拉杰（Chinnaperumal Kamaraj）：撰写、审稿与编辑、数据分析。苏巴什尼·博奥皮（Subashni Bhoopathy）：撰写、审稿与编辑。巴阿拉穆鲁甘·贾亚拉曼（Baalamurugan Jayaraman）：结果验证、方法学研究。贾亚普拉卡什·贾亚巴兰（Jayaprakash Jayabalan）：撰写、审稿与编辑、方法学研究。苏古马尔·维马尔（Sugumar Vimal）：结果验证、软件应用。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者衷心感谢金奈萨蒂亚巴玛科学与技术学院的支持，他们的帮助对于这项研究的顺利完成至关重要。
奇丹巴拉姆·贾亚塞兰（Chidambaram Jayaseelan）博士目前担任金奈萨蒂亚巴玛科学与技术学院实验室动物技术研究中心的助理教授（研究职位）。根据斯坦福大学的研究影响指标评估，他位列全球顶尖2%的科学家之列。他在生物纳米技术、毒理学、病媒控制和生物医学研究领域拥有丰富经验，发表了50多篇同行评审论文，并撰写了3本书籍。
