Groene Synthese van Goudnanodeeltjes uit Artemisia capillaris, Portulaca oleracea en Prunella vulgaris Extracten: Antioxidante Activiteit en Cytotoxiciteitsevaluatie

Samenvatting

Drie waterige plantenextracten—Artemisia capillaris, Portulaca oleracea en Prunella vulgaris—werden gebruikt om goudnanodeeltjes (AuNPs) te biofabriceren. Hun antioxidatieve profielen, waaronder vrije-radicaal-vangend vermogen, totale fenolische inhoud en reducerend vermogen, werden gekwantificeerd en gecorreleerd met de efficiëntie van AuNP-synthese. Prunella vulgaris vertoonde de sterkste antioxidatieve activiteit en diende als meest effectief reducerend middel, wat AuNPs (PV-AuNPs) opleverde met een oppervlakte-plasmon-resonantie (SPR) piek op 530 nm en diverse morfologieën. Hoogresolutie röntgendiffractie bevestigde een kubisch vlakgecentreerd kristalrooster, en inductief gekoppelde plasma-optische emissiespectroscopie (ICP-OES) schatte een reactie-opbrengst van 99,3%. Dynamische lichtverstrooiing onthulde een hydrodynamische diameter van 45 ± 2 nm en een zetapotentiaal van –13,99 mV. PV-AuNPs vertoonden dosis-afhankelijke antioxidante activiteit en significante cytotoxiciteit tegen humane colorectale adenocarcinoom (HT-29) cellen zonder foetaal kalverseerum (FBS), terwijl pancreascanaalcarcinoom (PANC-1) cellen maximaal reageerden in aanwezigheid van FBS. Deze bevindingen benadrukken P. vulgaris extract als een krachtig, eco-vriendelijk reducerend middel voor het produceren van bioactieve AuNPs met therapeutisch potentieel.

Inleiding

De groeiende vraag naar metallische nanodeeltjes, met name goudnanodeeltjes (AuNPs), voortvloeit uit hun veelzijdigheid als medicamentendragers, katalysatoren, imaging-agents en biosensoren. Conventionele syntheseroutes—ionen-sputtering, inverse micelvorming en chemische reductie—omvatten vaak kostbare reagenten en roepen toxiciteitszorgen op. Groene synthese, die plantenextracten benut als natuurlijke reducerende, cappende en stabiliserende agenten, biedt een kosteneffectieve, schaalbare en biokompatibele alternatief. Fytochemicaliën zoals fenolen, terpenoïden en flavonoïden reduceren niet alleen metaalionen, maar verlenen ook antioxidante eigenschappen en verbeteren nanodeeltjesstabiliteit.

Artemisia capillaris (familie Asteraceae) wordt lang in traditionele geneeskunde gebruikt voor antibacteriële, anti-inflammatoire en hepatoprotectieve effecten, toegeschreven aan bestanddelen zoals capilline en scoparon. Portulaca oleracea (familie Portulacaceae) bezit antibacteriële, antifungale en antioxidante activiteiten, gelinkt aan alkaloïden, vetzuren en flavonoïden. Prunella vulgaris (familie Lamiaceae) vertoont antivirale, antikanker, immunomodulerende en antioxidante effecten, grotendeels door fenolzuuren en triterpenoïden zoals rosmarinezuur en ursolzuur.

De proteïne corona—een adsorptielaag van serumproteïnen die vormt bij nanodeeltjesintritt in biologische vloeistoffen—beïnvloedt kritisch cellulaire opname, biodistributie en cytotoxiciteit. Oppervlaktelading, grootte en morfologie van AuNPs dicteren coronasamenstelling, wat therapeutische effectiviteit moduleert. In deze studie onderzochten we hoe de antioxidante kracht van de drie plantenextracten AuNP-vorming beïnvloedt en hoe de resulterende nanodeeltjes interageren met kankercellen in aan- of afwezigheid van FBS.

Methoden

Materialen

Alle reagenten waren analytische graad. Kaliumgold(III)chloride (KAuCl₄) en standaardantioxidanten (BHT, vitamine C) werden verkregen van Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, VS). Celkweekmaterialen werden verkregen van Gibco (Thermo Fisher Scientific) en GE Healthcare HyClone™ (Victoria, Australië). Gedetailleerde reagentenspecificaties staan in de supplementaire tabel.

Instrumenten

UV-zichtbare spectra werden opgenomen op een Shimadzu UV-2600 spectrophotometer (λ = 300–800 nm). HR-TEM imaging gebruikte een JEM-2100F (JEOL, 200 kV). Röntgendiffractie gebruikte een Rigaku Miniflex (CuKα, 1,54056 Å). ICP-OES analyse werd uitgevoerd op een Perkin Elmer Optima 8300. Dynamische lichtverstrooiing en zetapotentiaalmetingen werden verkregen met een NanoBrook 90 Plus analyzer. Alle instrumenten werden gekalibreerd volgens fabrikantsrichtlijnen.

Bereiding van Waterige Extracten

Gedroogde luchtige delen van P. vulgaris en A. capillaris werden bezorgd door Omniherb (Daegu, Zuid-Korea); P. oleracea werd gekocht bij Handsherb (Youngchun, Zuid-Korea). Elke plant (100 g) werd gesonicateerd in 1 L gedemineraliseerd water bij 25 °C gedurende 3 uur, herhaald driemaal. Het filtraat werd vriesgedroogd tot een poeder, opgeslagen bij –20 °C tot gebruik.

Antioxidantietesten

Vrije-radicaal vangst (DPPH en ABTS), reducerend vermogen en totale fenolische inhoud werden gekwantificeerd volgens standaardprotocollen. Alle testen werden in drievoud uitgevoerd, en resultaten uitgedrukt als IC₅₀ (µg mL⁻¹) of mg GAE g⁻¹. Gedetailleerde methodologieën zijn verstrekt in de supplementaire materialen.

Biofabricatie van AuNPs

Voorraadoplossingen van KAuCl₄ (10 mM) en plantenextracten (2% w/v) werden bereid. Na centrifugatie (18.500 g, 30 min, 18 °C) werden supernatanten gemengd tot eindconcentraties van 0,5 mM Au en 0,05% w/v extract in 2 mL fiooltjes. De reactie liep bij 37 °C gedurende 5 uur. UV-vis spectra werden opgenomen om SPR-ontwikkeling te monitoren.

Celkweek

HT-29 (kolon), PANC-1 (pancreas) en MDA-MB-231 (borst) cellen werden onderhouden in hoog-glucose DMEM aangevuld met 10% FBS, 100 U mL⁻¹ penicilline en 100 µg mL⁻¹ streptomycine bij 37 °C, 5% CO₂.

Cytotoxiciteitstest

Celf Vitaliteit werd beoordeeld via de EZ-CYTOX WST test. Cellen (5 × 10³ cellen mL⁻¹) werden gezaaid in 96-puttenplaten, 24 uur geïncubeerd, daarna behandeld met PV-AuNPs (0–478,3 µg mL⁻¹ Au) ± 10% FBS gedurende 24 uur. Absorbantie bij 450 nm werd vastgelegd, met achtergrondcorrectie van intrinsieke PV-AuNP absorbantie.

Statistische Analyse

Data worden gepresenteerd als gemiddelde ± SE. Significantie werd geëvalueerd door één-voudige ANOVA gevolgd door Tukey's post-hoc test (p < 0,05). Analyses werden uitgevoerd met GraphPad Prism 5.02.

Resultaten en Discussie

Antioxidatieve Profielen van de Extracten

De extractie-opbrengsten waren 14,1% (A. capillaris), 39,12% (P. oleracea) en 28,6% (P. vulgaris). Antioxidantietesten onthulden dat P. vulgaris de laagste IC₅₀ waarden vertoonde voor DPPH (50,35 ± 1,22 µg mL⁻¹) en ABTS (38,6 ± 0,44 µg mL⁻¹), BHT (71,37 ± 0,84 µg mL⁻¹) overtreffend. Reducerend vermogen en totale fenolische inhoud volgden dezelfde trend: 162,98 µg mL⁻¹ (P. vulgaris) vs. 235,38 µg mL⁻¹ (A. capillaris) vs. 396,16 µg mL⁻¹ (P. oleracea). Totale fenolen waren 90,53 ± 6,81 mg GAE g⁻¹ voor P. vulgaris, 39,88 ± 4,55 mg GAE g⁻¹ voor A. capillaris en 18,32 ± 2,76 mg GAE g⁻¹ voor P. oleracea. Deze resultaten bevestigen dat P. vulgaris de meest krachtige antioxidante bestanddelen bezit.

Groene Synthese van AuNPs

Elk extract faciliterde AuNP-vorming, zoals bewijzen door distincte SPR-pieken en zichtbare kleurveranderingen: PO-AuNPs (donkerblauw, brede 500–700 nm band), AC-AuNPs (bruin, 555 nm piek) en PV-AuNPs (wijnrood, 530 nm piek). De superieure antioxidante activiteit van P. vulgaris vertaalde zich in hogere SPR-intensiteit, nauwere bandbreedte en verbeterde colloïdale stabiliteit. PO-AuNPs geaggregeerden na 30 min bij 25 °C, wat de laagste stabiliteit van de drie aangeeft.

Morfologie en Grootteverdeling (PV-AuNPs)

HR-TEM onthulde een diverse morfologie: spheren (23,8 ± 1,3 nm), gelijkzijdige driehoeken (25,7 ± 2,2 nm), staven (28,4 ± 0,4 nm, aspectratio = 2,4) en ruitjes (lange diagonaal = 22,0 ± 0,6 nm, korte diagonaal = 15,4 ± 0,3 nm). Alle deeltjes waren kristallijn, bevestigd door roosterfranjes. Groottehistogrammen toonden Gaussiaanse verdelingen voor elke vorm.

Hydrodynamische Grootte en Oppervlaktelading

DLS-metingen gaven een hydrodynamische diameter van 45 ± 2 nm (polydispersiteit = 0,258) en een negatief zetapotentiaal van –13,99 mV, wat effectieve sterische en elektrostatische stabilisatie door oppervlakte-gebonden fytochemicaliën suggereert.

Kristalliniteit (HR-XRD)

HR-XRD patronen toonden kenmerkende pieken bij 2θ = 38,1°, 44,5°, 64,8° en 77,4°, corresponderend met de (111), (200), (220) en (311) vlakken van een kubisch vlakgecentreerd rooster. Scherrer-analyse van de (111) piek leverde een benaderde kristallietgrootte van 16,7 nm op.

Reactie-opbrengst

ICP-OES kwantificeerde 96,337 ppm Au in de colloïdale oplossing en 0,679 ppm in het supernatans, wat een conversie-efficiëntie van 99,3% opleverde.

Antioxidatieve Activiteit van PV-AuNPs

PV-AuNPs vertoonden dosis-afhankelijke DPPH vangst, met een IC₅₀ van 165,0 µg mL⁻¹ Au (≈49,4 µM vitamine C). Deze activiteit is vergelijkbaar met die gerapporteerd voor plant-gemedieerde AuNPs en wordt toegeschreven aan oppervlakte-gebonden fenolen.

Cytotoxiciteit in Kankercellijnen

In serum-vrije condities waren HT-29 cellen meest gevoelig voor PV-AuNPs (65,6% inhibitie bij 478,3 µg mL⁻¹). PANC-1 en MDA-MB-231 toonden lagere respons. Met 10% FBS vertoonden PANC-1 cellen verhoogde cytotoxiciteit (37,5% bij 478,3 µg mL⁻¹), terwijl HT-29 cytotoxiciteit afnam, wat een proteïne-corona-afhankelijk, weefselspecifiek effect benadrukt. Het negatieve zetapotentiaal bevordert waarschijnlijk selectieve proteïneadsorptie (bijv. fibrinegeen), wat cellulaire opname en toxiciteit beïnvloedt.

Conclusies

De waterige extracten van A. capillaris, P. oleracea en P. vulgaris vertoonden meetbare antioxidante activiteit. P. vulgaris bleek het meest krachtige reducerende middel, wat hoogkristallijne, wijnrode AuNPs (PV-AuNPs) opleverde met een conversiepercentage van 99,3% en een hydrodynamische diameter van 45 ± 2 nm. PV-AuNPs vertoonden dosis-afhankelijke antioxidante capaciteit en selectieve cytotoxiciteit tegen colorectale, pancrease en borstkankercellen, met de proteïne-corona die de effectiviteit moduleert. Deze bevindingen benadrukken de waarde van hoge-antioxidante plantenextracten in groene nanodeeltjessynthese en suggereren PV-AuNPs als veelbelovende kandidaten voor gerichte medicamentenafgifte, vooral gecombineerd met cardioprotectieve fytochemicaliën uit P. vulgaris. Toekomstig werk zal zich richten op het laden van chemotherapeutica op PV-AuNPs om zowel antikanker- als beschermende effecten te benutten.

Afkortingen

ABTS:

2,2′-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonzuur)

AC-AuNPs:

Goudnanodeeltjes gesynthetiseerd uit A. capillaris extract

AgNPs:

Zilvernanodeeltjes

AuNPs:

Goudnanodeeltjes

BHT:

Butylhydroxytolueen

DMEM:

Dulbecco's modified Eagle's medium

DPPH:

2,2-Difenyl-1-picrylhydrazyl

FBS:

Foetaal kalverseerum

GAE:

Galluszuur equivalent

HR-TEM:

Hoogresolutie transmissie-elektronenmicroscopie

HR-XRD:

Hoogresolutie röntgendiffractie

HT-29:

Humane colorectale adenocarcinoom cellijn

IC₅₀:

Halve maximaal inhibitieve concentratie

ICP-OES:

Inductief gekoppelde plasma-optische emissiespectroscopie

MDA-MB-231:

Humane borstadenocarcinoom cellijn

PANC-1:

Humane pancreascanaal adenocarcinoom cellijn

PO-AuNPs:

Goudnanodeeltjes gesynthetiseerd uit P. oleracea extract

PV-AuNPs:

Goudnanodeeltjes gesynthetiseerd uit P. vulgaris extract

SPR:

Oppervlakte-plasmon-resonantie

WST test:

Water-oplosbaar tetrazolium test