Фізіологічні переваги нової доставки селену через наночастинки. Частина 2

2.2. Вплив наночастинок селену на фертильність

Безпліддя є багатофакторним захворюванням, яке зросло серед молодих чоловіків і жінок у всьому світі протягом останніх десятиліть [76]. Сучасні дані показують, що репродуктивні розлади зазвичай пов’язані з генетичними факторами, способом життя та факторами навколишнього середовища, включаючи харчові звички, вживання рекреаційних наркотиків, алкоголю та кофеїну, а також вплив забруднюючих речовин навколишнього середовища під час природного старіння [77,78] (див. рис. 2).

Безпліддя – поширена проблема, з якою стикаються пари репродуктивного віку. Мається на увазі нездатність завагітніти в будь-якому віці після багатьох років шлюбу. Імунітет є запорукою збереження здоров’я, але багато людей не знають, що між імунітетом і безпліддям також існує зв’язок. Ця стаття познайомить вас зі зв’язком між безпліддям та імунітетом, щоб допомогти людям краще зрозуміти цю тему.

Перш за все, під імунітетом розуміється здатність протистояти зовнішньому вторгненню і захищати організм від шкоди. Імунна система організму може ідентифікувати та знищувати віруси, бактерії, грибки та інші шкідливі речовини для підтримки балансу та здоров’я організму. Зазвичай причиною безпліддя є аномалія або дисфункція чоловічої та жіночої репродуктивної системи. Причина цього може бути пов'язана з імунною системою.

Одна з можливих причин полягає в тому, що імунна система атакує здорову сперму або яйцеклітини, стан, відомий як аутоімунне безпліддя. Коли імунна система надмірно активна, вона приймає сперматозоїди або яйцеклітини за чужорідних загарбників і атакує їх. Цей стан зазвичай призводить до повторних викиднів у жінок.

Імунна система також атакує ембріон, що призводить до повторних викиднів. Більшість викиднів викликані атакою імунної системи ембріона. Цей стан називається ембріо-імунним безпліддям.

Іншою можливою причиною є надмірне пригнічення імунної системи, тому вона не може достатньо ефективно реагувати на шкідливі речовини. Цей стан може дозволити бактеріям, вірусам та іншим шкідливим речовинам проникнути в організм, загрожуючи здоров’ю та фертильності. Крім того, надмірне пригнічення імунної системи може призвести до імунодефіцитного безпліддя.

Тому дуже важливо підтримувати хорошу імунну систему. Деякі прості речі можуть допомогти зміцнити вашу імунну систему, як-от дотримання здорового способу життя, повноцінне харчування, подолання стресу та достатньо фізичних вправ. Крім того, регулярне обстеження і своєчасне лікування захворювань також є запорукою підтримки імунітету.

Загалом зв’язок між імунітетом і безпліддям є складним. Хоча імунна система може бути причиною безпліддя, підтримка здорової імунної системи також має вирішальне значення для підтримки хорошої фертильності. Таким чином, хоча наразі не існує надійного способу гарантувати лікування безпліддя, підтримка хорошої імунної системи може ефективно зменшити ризик безпліддя. З цієї точки зору нам потрібно підвищувати імунітет. Цистанхе може значно підвищити імунітет, оскільки цистанхе багатий різноманітними антиоксидантними речовинами, такими як вітамін С, каротиноїди тощо. Ці інгредієнти можуть поглинати вільні радикали та зменшувати окислювальний стрес. Підвищення стійкості імунної системи.

Клацніть, щоб дізнатися порошок екстракту цистанки тубулозної

Хронічні захворювання, включаючи діабет, часто характеризуються нерегульованим виробництвом АФК і подальшим окисним пошкодженням, пов’язаним із фрагментацією ДНК, цитотоксичністю та загибеллю сперматозоїдів. Це сприяє безпліддю, яке може бути послаблене SeNPs у моделях мишей за допомогою механізму, який включає інгібування перекисного окислення ліпідів і подальше пошкодження ДНК [79]. Іншим сприяючим фактором є те, що жінки в розвинених країнах, як правило, відкладають дітонародження та зачаття після піку фертильності, навіть незважаючи на те, що уявлення про те, що фертильність людини знижується з віком, є добре встановленим [77].

Велика кількість досліджень пов’язує репродуктивні розлади та безпліддя з низьким статусом Se/дефіцитом Se, тоді як результати допоміжних репродуктивних технологій (ДРТ) у тварин і людей з відповідними рівнями Se у сироватці крові асоціюються з позитивними результатами під час зачаття, що свідчить про те, що належний рівень Se є необхідні для репродуктивного здоров'я [65,80–82]. Ці знання спрямували сучасні наукові інтереси на дослідження добавок Se як в експериментальних моделях тварин, так і в практиці тваринництва для покращення репродуктивних здібностей. Примітно, що значна частина досліджень цього типу була зосереджена на Se у формі SeNP через його високу біодоступність і відносно низьку токсичність порівняно з іншими формами Se (як згадувалося раніше), тому в цьому розділі огляду детально описано використання SeNPs у дослідженнях фертильності.

Екстракорпоральне запліднення (ЕКЗ) є широко використовуваною технікою в різних галузях тваринництва, наприклад у птахівництві, для покращення бажаних генетичних якостей і збільшення кількості потомства. Однією з головних проблем для успішного ЕКЗ у тварин є невдача дозрівання ооцитів — вирішальний етап перед заплідненням через вплив кисню, що проявляється як посилений окислювальний стрес ооцитів [71,83]. Дослідження показали, що добавки з SeNP підвищують швидкість дозрівання в ооцитах in vitro через активацію антиоксидантів GPx4 і супероксиддисмутази (SOD), де ефект був більш помітним в овоцитах, оброблених SeNP з 40 нм порівняно з SeNP з 67 нм через відносно більша площа поверхні та вищий ступінь клітинної інтерналізації менших частинок SeNPs. Цікаво, що SeNPs також покращили плюрипотентність і репрограмування ооцитів, що відзначено активацією гена компетенції розвитку [71]. На подальше підтвердження потенційної біоактивності селену, що доставляється транспортним засобом, було продемонстровано дозрівання ооцитів великої рогатої худоби in vitro, цілісність ДНК ооцитів і концентрацію GSH, що характеризується підвищеною швидкістю повторного розростання бластоцитів in vitro, після додавання 1 мкг/мл кожного SeNP або нанооксид цинку [83]. У сукупності ці звіти підкреслюють важливість SeNP у процесах, безпосередньо пов’язаних із дозріванням in vitro та заплідненням через механізм підвищеної антиоксидантної здатності та зниження окисного стресу.

Іншим ключовим кроком у ЕКЗ як для людей, так і для тварин є кріоконсервація сперми — процес, який обов’язково включає повторювані цикли заморожування та відтавання, що проявляє вироблення шкідливих АФК і спричиняє окислювальний стрес, що разом знижує життєздатність сперматозоїдів більш ніж на 35 відсотків [84]. За цих умов дослідження показали, що добавки SeNP помітно покращують якість гамет під час процедур ЕКЗ [83,85]. Наприклад, сперма великої рогатої худоби, додана 0.5 і 1.0 мкг/мл SeNPs перед кріоконсервацією, зафіксувала покращену рухливість сперматозоїдів після розморожування та цілісність мембран зі зниженим пошкодженням ДНК і, що важливо, вищу фертильність швидкість, ніж у контролі [70]. Ці захисні ефекти були пов’язані з покращеною загальною антиоксидантною здатністю в сім’яній плазмі, що супроводжується зниженням концентрації малонового діальдегіду (MDA; загальний маркер окислювального пошкодження поліненасичених жирних кислот клітинних мембран) у присутності доповненого Se. Таким чином, додавання добавки SeNP до розширювачів сперми/яйцеклітини в протоколах ЕКЗ, ймовірно, покращує антиоксидантний статус і зберігає якість гамет і, зрештою, покращує показники фертильності.

Як згадувалося раніше, хронічний вплив забруднювачів навколишнього середовища може призвести до постійного та незворотного пошкодження репродуктивних систем через індукцію окислювального стресу, пошкодження ДНК, втрату життєздатності клітин і посилений апоптоз, усе це може бути послаблено Se [{{0} }]. Наприклад, афлатоксин, екологічний токсин, що міститься в м’язах і печінці внаслідок біоакумуляції від споживання сільськогосподарських продуктів, включаючи молоко та яйця, приписується канцерогенним та імуносупресивним ефектам [87]. Нещодавнє дослідження показало, що SeNP пом’якшують ушкодження яєчок у мишей-самців, які зазнали впливу афлатоксину В, завдяки їхній ролі у збільшенні здатності поглинати вільні радикали та зменшують навантаження АФК, тим самим захищаючи сперматозоїди та яєчка від перекисного окислення ліпідів і апоптозу [88].

Біологічна активність SeNPs також проявилася як покращене виробництво ембріонів, коли сперму мишей-самців, які зазнали впливу афлатоксину B, зливали зі здоровими ооцитами під час запліднення in vitro [88]. Подібним чином інше дослідження показало, що SeNP врятували спричинений нікелем некроз у сім’яних канальцях шляхом посилення ферментативної активності GPx і зниження регуляції проапоптичних факторів, які пригнічували опосередкований каспазою апоптоз, демонструючи антиоксидантний потенціал і захисну роль SeNP проти пошкодження яєчок, спричиненого металевими забруднювачами навколишнього середовища. [89]. В останні роки підвищена увага приділяється комбінованій терапії, яка поєднує цисплатин з антиоксидантами для боротьби з різними побічними ефектами, включаючи дисфункцію яєчок, пов’язану з безпліддям. Цікаво, що введення SNP покращило гістологічні характеристики та вагу яєчок за наявності індукованої цисплатином тестикулярної токсичності [90]; ще раз вказує на потенціал SeNP для збереження життєздатних сперматозоїдів.

Іншою основною причиною безпліддя є наявність промислових хімікатів у багатьох споживчих товарах, які є ендокринними руйнівниками, де тривалий вплив таких хімікатів пов’язаний з репродуктивною дисфункцією [91,92]. Наприклад, бісфенол А (BPA) є екологічним токсином, пов’язаним із пластиком, і його пов’язують зі сприянням безпліддя [77]. Однак спільне введення Se мишам, які піддавалися дії BPA, покращувало антиоксидантну активність і знижувало експресію ER-2 генів, залучених до модуляції апоптозу під час сперматогенезу, тим самим рятуючи BPA-індуковане пошкодження яєчок і токсичність [93]. Захисний ефект SeNPs перевершує ефект доповненого (неорганічного) селеніту натрію, що продемонстровано здатністю зменшувати проапоптотичні механізми, фрагментацію ДНК і рівні експресії окремих генів, пропонуючи ефективну стратегію репродуктивного захисту від екзогенних токсинів.

Іншим поширеним ендокринним руйнівником, пов’язаним із репродуктивною токсичністю та широко використовуваним у споживчих товарах, є ди-н-бутилфталат (DBP). Вагітні самки щурів, які піддавалися DBP і вводили SeNP, народили потомство чоловічої статі з підвищеним рівнем тестостерону, покращеними генами INSL3 і MR, пов’язаними з функціональністю клітин Лейдіга, покращеною антиоксидантною здатністю та зниженими рівнями MDA через інгібування перекисного окислення ліпідів порівняно з тими. тварини, які піддавалися лише DBP [76]. Таким чином, SeNP можуть бути потенційною захисною добавкою, яка використовується проти репродуктивної токсичності, спричиненої токсинами навколишнього середовища в загальній популяції, особливо під час критичних стадій вагітності.

2.3. Вплив наночастинок селену на ріст

Загальновідомим фактом є те, що втручання в харчування впливає на ріст і плідність, а також на антиоксидантний статус потомства [50]. Важливо, що зростаючий попит на рибу та м’ясо як основні харчові джерела та прагнення до високоякісних харчових продуктів із корисними для здоров’я властивостями спонукали до нових досліджень покращення харчування, щоб забезпечити світ покращеною якістю їжі з більш високими темпами виробництва [72]. Останнім часом увага була зосереджена на добавках SeNPs як одному з основних дієтичних підходів, що використовуються в аквакультурі, сільському господарстві та птахівництві [94].

Риба є основним джерелом тваринного білка в багатьох країнах [95]. Однак зростаючий споживчий попит і збільшення забруднення навколишнього середовища призвели до проблем в аквакультурі та дослідженнях харчування, які є важливими для сталого постачання риби та майбутньої продовольчої безпеки в усьому світі [96]. Нільська тиляпія, багата на омега-3 жирні кислоти, є однією з найбільш споживаних риб у світі [97]. Дослідження, що вивчали додавання нільської тілапії з 1 мг SeNPs/кг маси тіла, продемонстрували покращення продуктивності росту, що вимірюється більшим збільшенням ваги порівняно з контролем; однак ця корисна дія SeNPs була обмеженою, оскільки риба, яка отримувала дозу вище або нижче 1 мг/кг, не показала збільшення ваги [72].

Крім того, риба, яка отримувала 1 мг SeNPs/кг маси тіла, продемонструвала бажаний профіль жирних кислот і одночасне посилення антиоксидантного потенціалу, що продемонстровано вищим вмістом поліненасичених жирних кислот і значно підвищеною активністю GPx, відповідно. Ці результати ще більше пояснюють важливість дози Se, що використовується в кормах для тварин, і потенціал SeNP для стимуляції росту, і результати також були підтверджені в інтенсивному птахівництві [65]. В іншому подібному дослідженні порівнювали ефекти SeNP з ефектами традиційних форм Se (органічних і неорганічних) з використанням тиляпії Нілу [51].

Результати цього дослідження показали, що риба, доповнена SeNPs, показала оптимальний гематологічний профіль за допомогою вимірювань гемоглобіну, еритроцитів і циркулюючих рівнів IgM, що свідчить про покращення здоров’я та імунологічного статусу при використанні цієї форми дієтичного SeNP. Крім того, SeNPs одночасно покращували активність SOD, каталази (CAT) і GPx і знижували рівні MDA в печінці, що свідчить про посилений антиоксидантний захист печінки, що узгоджується з попереднім дослідженням [72]. Крім того, SeNPs покращили здоров’я кишечника, що було продемонстровано більшою довжиною ворсинок і кількістю келихоподібних клітин у слизовій оболонці товстої кишки, що вказує на більш ефективне перетравлення та використання їжі та посилений захист слизової оболонки підлеглої кишки.

Важливо відзначити, що дослідження також показали, що харчовий селен сприятливо покращує мікробіом кишечника, збільшуючи чисельність корисних бактерій і обмежуючи ріст небажаних патогенів [98]. У порівнянні з іншими металевими наночастинками, такими як наночастинки срібла та золота з антимікробними властивостями, SeNP є відносно менш токсичними, оскільки вони є істотними для метаболічних процесів і присутні в біологічній системі [99,100].

Птахи-бройлери, яких годували 0,9 мг SeNPs/кг маси тіла, вплинули на рід кишкових бактерій і покращили здоров’я кишечника, продемонструвавши збільшення кількості корисних бактерій, у тому числі Lactobacillus і Faecalibacterium; фенотип, який пов’язаний зі сприятливим виробництвом метаболітів, включаючи бутират [101]. За таких самих дієтичних добавок виробництво коротколанцюгових жирних кислот також було посилене, і це було пов’язано з покращенням імунітету та функцією слизової оболонки товстої кишки, з відповідним зниженням ризику запалення, діабету та ЗЗК. У сукупності ці результати свідчать про потенційне застосування SeNP у кормах для птиці для отримання корисних результатів для здоров’я шляхом модифікації мікробіоти кишечника.

Глобальне потепління спричиняє підвищення температури моря, що негативно впливає на ріст, метаболізм і різноманітні фізіологічні функції водних тварин і, зрештою, знижує рівень виживання. За цих умов задіяний механізм збільшує виробництво вільних радикалів і зменшує пошкодження тканин, яке може бути послаблене добавками SeNP [102]. Крім того, нещодавнє дослідження показало, що додавання SeNP полегшує тепловий стрес і покращує термопереносність у райдужної форелі за рахунок підвищення активності GPx і CAT і активації глутамат-глутамінових шляхів, пов’язаних зі зниженням виробництва ROS і запалення [103]. Мікроскопічно фосфоліпідна мембрана райдужної форелі була більш цілісною завдяки пом’якшенню окисного пошкодження, спричиненому SeNP. Інше подібне дослідження показало, що SeNPs сприяють відновленню білків і пригнічують апоптоз у райдужної форелі через підвищення регуляції білків теплового стресу та зниження регуляції проапоптотичних білків і синтезу холестерину [104].

У сільському господарстві SeNPs зменшували тепловий стрес у недорозвинених поросят, що характеризувалося посиленням активності SOD, CAT і GPx у плазмі, підвищенням протизапального цитокіну IL-10 і зниженням рівня біомаркера окислення MDA [68]. Інше недавнє дослідження встановило роль SeNPs у покращенні стійкості рослин до біологічного стресу, щоб обмежити використання хімічних пестицидів, де потенційна токсичність для людей є невід’ємним ризиком [105]. Крім того, SeNP підвищили стійкість до інвазії патогенів у рослини дині за рахунок збільшення активності SOD і CAT та їх рівня мРНК разом із збільшенням активності APX і POD, що свідчить про покращену антиоксидантну здатність і видалення АФК [106]. Посилення фотосинтезу в динях супроводжувалося виявленням підвищеної кількості мітохондрій, хлорофілу та помітним потовщенням клітинних стінок. Взяті разом, ці результати продемонстрували важливість SeNPs у опосередкуванні стійкості до теплового стресу через підвищену антиоксидантну здатність і стійкість до теплового та біологічного стресу, тим самим покращуючи життєздатність біологічних організмів.

Численні дослідження задокументували, що дієтичне втручання матері з добавками SeNP впливає на ріст і фертильність, а також на антиоксидантний статус потомства [52,107]. Порівняно з селенітом натрію та селеновими дріжджами, SeNPs були найбільш ефективними у підвищенні несучості, маси яйця та коефіцієнта конверсії корму у курей-несучок, що супроводжувалося суттєвим підвищенням концентрації Se в яйцях, рівнів мРНК печінки GPx1 та активності GPx у сироватці, а також нижчими рівнями MDA [66]. Цікаво, що SeNP підвищують толерантність курей-несучок до дезоксиніваленолу (DON; грибковий токсин), швидше за все, через механізм SeNP-опосередкованого посилення антиоксидантної активності [65]. Таким чином, кури-несучки, які піддавалися впливу DON і яких годували кормом з добавками SeNP, продемонстрували підвищений антиоксидантний захист та імунну відповідь на DON, що характеризується покращеними рівнями GPx, вищою несучістю та захистом від окисного пошкодження та часткою яєць з м’якою шкаралупою або тріщинами.

Хоча відповідна кількість тепла є ключовою для ембріонального розвитку та росту, високі температури інкубації можуть негативно вплинути на виводимість і продуктивність росту бройлерів [65]. Тим не менш, ін’єкція SeNP під час пізньої інкубації бройлерів значно підвищила антиоксидантну здатність і послабила окислювальний стрес, що проявилося у вигляді зниження рівня кортизолу та збільшення співвідношення Т3/Т4, що свідчить про зниження теплового стресу та посилення метаболізму гормонів щитовидної залози. Знову ж таки, ці результати підтверджують важливість і потенційне застосування добавок SeNP для підвищення виробництва та якості харчових продуктів у птахівництві.

2.4. Вплив наночастинок селену на захворювання та здоров'я людини

Як зазначалося вище, Se має протизапальні та антиоксидантні властивості. Таким чином, ряд досліджень досліджував вплив Se, зокрема у формі SeNP, на полегшення захворювань, включаючи діабетичну нефропатію [108], хворобу Альцгеймера [61] і лейкемію [109] in vitro та на тваринних моделях.

Найпоширеніші хронічні захворювання, пов’язані з природним старінням, включаючи діабет, хворобу Альцгеймера (БА), серцево-судинні захворювання та рак, характеризуються підвищеним виробництвом АФК, окислювальним стресом і хронічним запаленням. Було показано, що у щурів із цукровим діабетом SeNPs знижують прозапальні маркери, включаючи рівні IL-1 і TNF і ниркові рівні MDA, що призводить до зниження окислювального стресу, про що свідчить покращення функції нирок через зниження рівня сечовини та креатиніну в сироватці разом із зниженням рівня глюкози [108]. Крім того, ресвератрол (RSV), природна хімічна речовина, що міститься у винограді, має нейропротекторні властивості, продемонструвала максимальний терапевтичний ефект проти AD, коли його доставляли щурам у коктейлі RSV-SeNPs [110]. З точки зору біологічних механізмів дії, синергетична взаємодія RSV і SeNP може краще послабити перекисне окислення ліпідів, полегшити порушення мітохондріальної мембрани та відновити рівні антиоксидантних ферментів у тканинах мозку, уражених AD. Щури з AD, яким вводили коктейль RSV-SeNPs, показали покращення симптомів AD, що виражалося в покращенні рівня ацетилхоліну та порушенням утворення агрегатів A, що супроводжувалося посиленням кліренсу пептидів A, таким чином пригнічуючи місцеві запальні реакції.

Потенційна терапевтична користь активності SeNP проти окислювального стресу та запалення також була продемонстрована на моделі серцевого окислювального пошкодження та фіброзу, викликаного низьким рівнем тиреоїдних гормонів у щурів з гіпотиреозом [111]. Тут SeNPs, що вводяться в дозі 150 мкг/кг, послаблюють серцевий фіброз і гіпертрофію кардіоміоцитів шляхом посилення активності CAT і SOD і рівнів тіолів із зниженням рівня MDA в тканинах серця. Подібним чином у моделі дисфункції ендотеліальних клітин судин і пошкодження у щурів, індукованих гомоцистеїном, SeNPs, селеніт натрію та селенометіонін покращили судинний фенотип через порятунок локальних рівнів GPx1 та GPx4 [112]. Примітно, що за цих умов SeNP демонстрували нижчу токсичність порівняно з іншими формами Se, зберігаючи подібний рівень вазозахисту. Нижча токсичність SeNPs була підтверджена в іншому дослідженні, де LD50 SeNPs був 18-разів вищим, ніж селеніт на моделях мишей, з меншим утриманням Se [113]. Тим не менш, SeNP при введенні в тій же дозі, що і селеніт, не тільки знижували рівні TBARS (іншого вторинного маркера перекисного окислення ліпідів), але також підвищували рівні GSH.

На додаток до терапевтичних властивостей SeNP при хронічних захворюваннях транспортний транспорт Se, як повідомляється, виявляє або синергетичний ефект з ліками від раку, або демонструє протиракову активність, специфічну для ракових клітин, що свідчить про меншу токсичність і супутнє пошкодження здорових клітин і тканин. Наприклад, SeNP сприяли набряку та лізису клітин у клітинах гострого мієлоїдного лейкозу (ГМЛ) через зупинку клітинного циклу та апоптоз, демонструючи мінімальну токсичність для гемопоетичних стовбурових клітин і Т-клітин [109]. Примітно, що SNP, використані в цьому дослідженні, були вбудовані в нанотрубки, що складаються з полісахариду потрійної спіралі -d-глюкану (BFP), витягнутого з чорного гриба, який сприяв адгезії до біологічних тканин, отже, збільшуючи поглинання та утримування BFP-SeNP. Подібним чином SeNP, інкапсульовані в золоті наноклітки, вивільнялися в цільові тканини під час опромінення та стимулювали місцевий апоптоз через спричинену АФК мітохондріальну дисфункцію, коли використовувалися разом із ліками від раку, що свідчить про потенційне цілеспрямоване вивільнення SeNP [64]. Важливо, що SeNP підвищили ефективність елімінації ракових клітин порівняно з нормальними здоровими клітинами, що було підтверджено іншим дослідженням [114]. Крім того, посилення селективного апоптозу за допомогою SeNP також було продемонстровано при раку молочної залози в умовах експериментального культивування, де SeNP додавали до клітин раку молочної залози in vitro за 24 години до лікування опроміненням [115].

Щоб підвищити селективність SeNP у системі доставки ліків проти раку, дослідження показали, що SeNP, приєднані до фолієвої кислоти (FA) перед завантаженням поліпіридил рутенію проти раку (RuPOP), ефективно посилили специфічність препарату, так що RuPOP вивільнявся лише в кисле мікросередовище (наприклад, шлунок) для полегшення вивільнення ліків за потребою [116]. Загалом ці результати свідчать про потенційне застосування SeNP як синергічного лікування раку через їх вибірковість у сприянні загибелі ракових клітин, ймовірно, через активацію SeNP під час зупинки клітинного циклу на фазі G2/M, метаболічного стресу та збільшення внутрішньоклітинного виробництва АФК у ракові клітини. На додаток до апоптотичної активності SeNP проти ракових клітин, SeNP, кон’юговані з кверцетином (Qu) і ацетилхоліном (ACh), виявляють антибактеріальну дію проти мультирезистентних супербактерій (MDRs), викликаючи незворотне пошкодження стінки бактеріальної клітини після адгезії [63].

Як згадувалося раніше, SeNPs можуть пом’якшити негативний вплив екологічних токсинів і хімічних речовин, які зазвичай присутні в комерційних продуктах, на фертильність, і їх сприятливий вплив також можна продемонструвати при інших захворюваннях. Наночастинки селену можуть відновити нейротоксичність і руховий дефіцит у щурів, викликаних пестицидом циперметрином (CYP), шляхом пом’якшення окисного стресу через метаболізм CYP у печінці, що призводить до АФК і окисного стресу [117]. Нейротоксичні миші, які отримували SeNPs, демонстрували нормальні поведінкові результати, які були пов’язані з підвищеними рівнями ГАМК і глутатіону та нижчими рівнями MDA та маркерів запалення (TNF- та IL-1), таким чином запобігаючи надмірному збудженню CYP нейронна система. Крім того, SeNPs захищали печінку та нирки від токсичних ефектів, спричинених широко використовуваним анальгетиком, ацетамінофеном, шляхом підтримки цілісності ДНК та покращення антиоксидантної здатності печінки, що підтверджується гістологічно зменшенням окислювальних уражень печінки та відновленням клітинної структури печінки [62] .

Цікаво, що нещодавнє дослідження досліджувало потенційні знеболювальні ефекти SeNP при запальних захворюваннях, оскільки запалення сприяє вивільненню медіаторів запалення, які збуджують ноцицептивні нейрони, що призводить до локального запалення та болю [118]. Незважаючи на протизапальну активність SeNP, що підтримується зниженою кількістю лейкоцитів і прозапальними цитокінами, включаючи маркери простагландину, TBAR і NOx, SeNP не впливають на ноцицептивний поріг у моделях щурів.

2.5. Синтез наночастинок селену

Добову потребу організму в споживанні Se можна отримати, вживаючи продукти, збагачені Se, включаючи овочі, зернові та м’ясо; однак добова потреба в Se може бути недостатньо задоволена лише споживанням їжі [119]. У порівнянні зі звичайними формами добавок Se, доступними на ринку, SeNPs перевершують органічні та неорганічні форми Se з точки зору біоактивності та токсичності. У світлі потенційного застосування SeNP в аквакультурі, птахівництві та індустрії добавок для людей, SeNP можуть стати новою формою добавок Se [76]. Існує кілька шляхів синтезу SeNP, з яких найпоширенішими типами є хімічний синтез, який використовує різні реагенти, і біосинтез із залученням рослин або мікроорганізмів для отримання інкапсульованого мікроелемента [120]. Що стосується хімічної методології, то методи приготування SeNP і методи визначення характеристик обох синтетичних методологій загалом стандартизовані, однак підготовка до біосинтезу SeNP значно варіюється залежно від типу використовуваних рослин і мікроорганізмів, які узагальнено та обговорено в цьому документі.

Для отримання SeNP шляхом хімічного синтезу стандартний протокол, який використовується в більшості досліджень, передбачав додавання 1 мл 25 мМ розчину NaSe до 4 мл глутатіону (GSH) такої ж концентрації, що містить 15 мг бичачого сироваткового альбуміну (BSA), після додавання стабілізуючого полімеру та регулювання рН до 7,2 [41,117]. Варто зазначити, що розміром і поверхневим зарядом SeNPs можна маніпулювати, змінюючи pH розчину та кількість BSA, що використовується у виробничому процесі [3,121]. Кінцевий розчин, що містить продукт SeNP, очищали діалізом проти подвійної дистильованої води протягом 4 днів, і воду замінювали щодня, щоб виділити побічний продукт GSH з кінцевого продукту. Морфологію та ідентичність кінцевого продукту охарактеризували та перевіряли за допомогою рентгенівської дифракції, поміщаючи невеликий зразок, пофарбований фосфорно-вольфрамовою кислотою (2 відсотки), на мідну сітку та переглядаючи зразок під просвічуючою електронною мікроскопією (ТЕМ). В іншому методі приготування використовується діоксид селену (SeO2), розчинений у дистильованій воді, що містить 0.2% полівінілпіролідону (PVP), щоб отримати розчин селенової кислоти, який стає прозорим після охолодження на крижаній бані [118]. Додавання охолодженого 0.1 моль/л відновника, борогідриду калію, ініціювало зміну кольору розчину SeO2 з прозорого на жовто-оранжевий, що вказувало на утворення SeNPs. Подібно до методу визначення характеристик, згаданого раніше, отриманий розчин, що містить SeNP, потім характеризувався за допомогою методів динамічного розсіювання світла (DLS) і електрофоретичного розсіювання світла (ELS), щоб визначити значення дзета-потенціалу та забезпечити морфологію SeNP. Вищий дзета-потенціал, незалежно від знака (тобто плюс /-), свідчить про стабільність частинок, і це проявляється як підвищена стійкість до агрегації. Це пояснюється нижчим значенням дзета-потенціалу, що означає, що сили тяжіння можуть перевищувати міжчасткове відштовхування, і дисперсія може руйнуватися та утворювати невеликі згустки/маси. Тому відповідне значення дзета-потенціалу є критичним для формування та стабільності SeNPs [122].

Для біосинтезу SeNPs у кількох дослідженнях застосовувалася техніка, подібна до хімічного синтезу (описаного вище), але замість цього використовувалися рослини та аскорбінова кислота як хімічний відновник [76,113,123]. Водорозчинні та природні полімерні полісахариди, такі як хітозан, глюкоманнан конжаку, камедь акації, карбоксиметилцелюлоза, глюкан, отриманий з рослин, таких як чорний гриб [109] та Lentinus Edodes (гриб шиітаке) [114], і коріння рослин, у т.ч. Withania somnifera [79], оскільки вони є чудовими стабілізаторами в синтезі диспергованих колоїдних SeNP [123]. Наночастинки селену, виготовлені за цим протоколом, використовували розчин селенової кислоти в суміші, що містить полісахариди, такі як целюлоза, утворюючи водну суспензію Se/целюлози, яку змішували з аскорбіновою кислотою. Розчин аскорбінової кислоти повільно додавали в суспензію Se/целюлози та енергійно перемішували, доки суспензія не змінила колір з білого на цегляно-червоний/помаранчевий, коли почали утворюватися колоїди Se/целюлоза та SeNP. Потім кінцевий продукт можна відокремити, очистити діалізом і промити водою і 70% етанолом для видалення надлишку аскорбінової кислоти та інших низькомолекулярних побічних продуктів, а потім висушити за допомогою процесу розпилювальної сушки для видалення залишкової вологи.

В іншому подібному дослідженні, яке вивчало антимікробну дію SeNPs проти супербактерій, використовувався кверцетин (Qu), незамінний рослинний флавоноїд, присутній у багатьох фруктах, квітах і овочах завдяки його притаманним антибактеріальним властивостям, а також нейромедіатор ацетилхоліну (ACh) через його здатність поєднуються з рецептором, присутнім на клітинній стінці бактерії, тим самим сприяючи зв’язуванню Qu-ACh-SeNP з бактеріями [63]. Для синтезу Qu-ACh-SeNP NaSe змішували з Qu, розчиненим у метанолі та хлориді ACh у присутності оцтової кислоти протягом 10 хвилин у холодних умовах. Після додавання відновника, борогідриду натрію, суміш енергійно перемішували. Кінцевий червоний розчин центрифугували для збору червоного осаду з подальшим повторним промиванням PBS для отримання кінцевого комплексного продукту Qu-ACh-SeNP.

Синтез SeNP також може використовувати лізати бактеріальних клітин [124] або анаеробний гранульований осад, що містить бактерії, для біологічного зменшення біогенних SeNP, що утворюють селеніт [3]. Етапи цього протоколу включають збір біоплівок із гранульованого осаду з анаеробного реактора з муловою оболонкою, що обробляє стічні води паперової фабрики, які потім можна використовувати для мікробного перетворення розчинних оксианіонів Se в нерозчинний елементарний Se, який включається в біогенні SeNP, що підтверджується появою речовина червоного кольору. Механічно бактерії синтезували SeNP за допомогою селеніт-денітрифікації за участю нітратредуктаз і клітинних кофакторів (присутніх у E. coli), відновлення сполук Se (IV) за участю нітритредуктаз (присутніх у Rhizobium) і селенатредуктази, що бере участь у хімічному відновленні селенат, або відновлення селеніту відновленими тіолами, такими як GSH (присутній в еукаріотичних клітинах, ціанобактеріях і -, - і -групах протеобактерій) [60]. Цей процес має додаткову потенційну перевагу, оскільки зменшує скидання забрудненого селеном мулу у водне середовище, враховуючи зростаючу стурбованість щодо токсичності селену у водних тварин [57]. Цікаво, що під час порівняння значень LC50 біогенні SeNP виявилися в 3{12}}рази менш токсичними, ніж селеніт, і 10-рази менш токсичними, ніж хімічно синтезовані SeNP в ембріонах рибок даніо [3].

Незважаючи на нижчу токсичність біогенних SeNP порівняно з хімічно синтезованими SeNP, одним із невід’ємних ризиків, пов’язаних із цим способом синтезу, є те, що значна кількість біогенних SeNP може залишатися в біореакторі через його колоїдну структуру, що призводить до викиду у водне середовище. [3]. Тим не менш, біогенні SeNP менш токсичні з нижчою біодоступністю через наявність позаклітинних полімерних речовин, що зменшує взаємодію між наночастинками та біологічними організмами. На відміну від використання біологічного мулу для виробництва біогенних SeNPs, інші дослідження використовували органи риб, такі як зябра [57]. У цих дослідженнях гомогенізовані зябра риб центрифугували для збору супернатанту, який змішували з 200 мл 2М розчину селеніту натрію та безперервно струшували протягом 36 годин. Після центрифугування зібрані гранули висушували та зберігали при кімнатній температурі, щоб пізніше їх можна було подрібнити з утворенням грубого колоїду, необхідного для дієтичних добавок.

Як згадувалося раніше, призначені SeNP можна використовувати як систему доставки ліків для підвищення селективності вантажу між хворими та здоровими клітинами, де синтез SeNP часто передбачає використання металевих нанокліток, включаючи золото. Цей виробничий процес включає два етапи: (i) синтез золотих нанокліток і (ii) завантаження селенистої кислоти та матеріалів зі зміною фази (PCM), таких як лауринова кислота, у наноклітки [64]. По-перше, срібні нанокубики розміром 45 мм перетворюються на золоті наноклітки (AuNC) за допомогою реакції гальванічної заміни на HAuCl4. По-друге, 1 мл AuNCs диспергують у 0.5 мл метанолу, що містить 0.3 г PCM (лауринової кислоти) і 0.2 г селенистої кислоти, який перемішують при 50 ◦C протягом 5 годин, а потім центрифугували при 14,000 об/хв, щоб отримати SeNP, інкапсульовані в золоті наноклітки, які потім можна повторно диспергувати в 1 мл деіонізованої води для отримання кінцевого продукту. Подібним чином інше дослідження підготувало два типи наночастинок селену з квантово-механічними властивостями, які продемонстрували пригнічення росту ракових клітин через індукцію опосередкованого мітохондріями апоптозу та некрозу [125]. В іншому дослідженні досліджували терапевтичні ефекти посилення SeNP для ліків проти раку, поліпіридил рутенію (RuPOP), кон’югованого фолату (FA) і SeNPs до RuPOP, утворюючи FA-RuPOP-SeNPs, які синтезували подібним чином з використанням аскорбінової кислоти, селеніту натрію, та полімери полісахаридів [116]. Рецептори FA зазвичай надмірно експресуються в ракових клітинах, що є характеристикою, яку можна використовувати при розробці препаратів для лікування раку, щоб полегшити доставку та поглинання FA-RuPOP-SeNPs раковими клітинами.

3. Висновки
Дієтичні добавки SeNPs продемонстрували низку переваг у сільському господарстві та людині з кращою ефективністю порівняно з традиційними хімічними формами дієтичного Se. Тому його все частіше розглядають як інноваційну та новаторську альтернативу. Визнаючи антиоксидантні властивості дієтичного Se, переваги, які приписуються SeNP, включають меншу токсичність, покращену продуктивність росту, покращену якість харчування, імунні функції, покращену загальну репродуктивну продуктивність, зниження окислювального стресу та запалення, полегшення теплового стресу, нейротоксичності та забруднювачів навколишнього середовища, збільшення стійкість до інфекцій, допоміжні ефекти при хіміотерапії, селективний апоптоз ракових клітин, селективна доставка ліків від раку та антибактеріальна дія проти супербактерій.

Проте все ще необхідні подальші дослідження для з’ясування фармакологічної активності та безпечних доз через властиві біологічні та екологічні варіації, а також різний (базовий) статус Se для тварин і людей у ​​різних регіонах світу. Переваги, згадані вище, у поєднанні з кількома синтетичними шляхами, які використовуються для розробки індивідуальних SeNP для використання в інтенсивному сільському господарстві та як потенційних терапевтичних засобів для людських патологій, роблять цю форму Se основним кандидатом для подальших досліджень. Однак, на додаток до обмежених даних про токсичність, на даний момент існує нестача повних фармакокінетичних даних, включаючи залежність поглинання SeNP від ​​періоду напіврозпаду та метаболізму, а також накопичення SeNP або метаболіту в тканині в залежності від дози. Після того, як буде доступне більш повне фармакокінетичне дослідження для оптимальних форм SeNPs, подальше тестування цих оптимальних систем доставки Se вимагатиме великих майбутніх досліджень на людях з використанням рандомізованих контрольних досліджень.

Авторські внески:

Концептуалізація, PKW і GA; програмне забезпечення, AM, AA та J.-YS; валідація, AA та AM; розслідування, А.А.; ресурси, АА; курація даних, AA та AM; написання — підготовка оригіналу, AA та AM; написання — перегляд і редагування, PKW, J.-YS і GA; візуалізація, АМ; нагляд, PKW і GA; фінансування, PKW Усі автори прочитали та погодилися з опублікованою версією рукопису.

Фінансування:

Це дослідження було профінансовано Австралійською дослідницькою радою, номер гранту «DP200102670» (надано PKW).

Заява інституційної наглядової ради:

Не застосовується до досліджень без участі людей або тварин.

Подяки:

Ми дякуємо Белал Чамі за прочитання чернеткових версій цього рукопису та критичний відгук.

Конфлікт інтересів:

Автори заявляють про відсутність конфлікту інтересів.

Список літератури

Mojadadi, A.; Au, A.; Салах, В.; Вітінг, П.; Ахмад, Г. Роль селену в метаболічному гомеостазі та репродукції людини. Поживні речовини 2021, 13, 3256. [CrossRef] [PubMed]

2. Фордайс, Ф. М. Дефіцит і токсичність селену в навколишньому середовищі. Основи медичної геології; Springer: Берлін/Гейдельберг, Німеччина, 2013; С. 375–416.

3. Мал, Дж.; Венеман, В. Дж.; Нанчарая, Ю.В.; van Hullebusch, ED; Пейненбург, WJGM; Війвер, М.Г.; Lens, PNL. Порівняння долі та токсичності селеніту, біогенно та хімічно синтезованих наночастинок селену для ембріогенезу рибки даніо (Danio rerio). Нанотоксикологія 2017, 11, 87–97. [CrossRef] [PubMed]

4. Крисяк Р.; Ковальче, К.; Okopie ´n, B. Селенометіонін потенціює вплив вітаміну D на аутоімунітет щитовидної залози у еутиреоїдних жінок з тиреоїдитом Хашимото та низьким статусом вітаміну D. Pharmacol. 2019, 71, 367–373. [CrossRef] [PubMed]

5. Ван Ю.; Гао, X.; Педрам, П.; Шахіді, М.; Ду, Дж.; Йі, Ю.; Гуллівер, В.; Чжан, Х.; Sun, G. Значна корисна асоціація високого дієтичного споживання селену зі зменшенням жиру в організмі в дослідженні CODING. Поживні речовини 2016, 8, 24. [CrossRef]

6. Winther, KH; Рейман, депутат; Bonnema, SJ; Гегедюс, Л. Селен у щитовидній залозі — важливі знання для клініцистів. Нац. Rev. Endocrinol. 2020, 16, 165–176. [CrossRef]

7. Мутонходза, Б.; Радість, EJM; Бейлі, EH; Жайворонок, М.Р.; Кангара, MGM; Broadley, MR; Мацунго, Т.М.; Чопра, П. Зв'язки між ґрунтом, культурами, худобою та статусом селену в Африці на південь від Сахари: огляд масштабів. Міжн. J. Food Sci. технол. 2022, 57, 6336–6349. [CrossRef]

8. Ван, Н.; Тан, Х.-Й.; Лі, С.; Сюй, Ю.; Го, В.; Фенг, Ю. Доповнення мікроелементів селену при метаболічних захворюваннях: його роль як антиоксиданту. Oxidative Med. Стільниковий. Лонгєв. 2017, 2017, 7478523. [CrossRef]

9. Крюков Г.В.; Кастеллано, С.; Новосьолов С.В.; Лобанов, А.В.; Зехтаб, О.; Гіго, Р.; Гладишев В. Н. Характеристика селенопротеомів ссавців. Science 2003, 300, 1439. [CrossRef]

10. Fontenelle, LC; Фейтоса, М.М.; Фрейтас, TEC; Северо, JS; Morais, JBS; Енрікес, GS; Олівейра, FE; Мойта Нето, Дж.М.; Marreiro, DdN Статус селену та його зв'язок з гормонами щитовидної залози у жінок з ожирінням. Clin. Nutr. Євро. Соц. Clin. Nutr. Метаб. 2021, 41, 398–404. [CrossRef]

11. Сантос, AdC; Пассос, АФФ; Holzbach, LC; Cominetti, C. Споживання селену та глікемічний контроль у молодих людей із синдромом ожиріння нормальної ваги. Фронт. Nutr. 2021, 8, 696325. [CrossRef]

12. Dhillon, VS; Део, П.; Фенек, М. Профіль мікроелементів плазми у випадках раку передміхурової залози змінюється відносно здорових пацієнтів. Результати пілотного дослідження в Південній Австралії. Раки 2022, 15, 77. [CrossRef]

13. Стівенс Дж.; ван ден Брандт, Пенсильванія; Голдбом, Р.А.; Schouten, LJ Статус селену та ризик розвитку підтипів раку стравоходу та шлунка: Нідерландське когортне дослідження. Гастроентерологія 2010, 138, 1704–1713. [CrossRef]

14. Сюе, Г.; Лю, Р. Зв'язок між дієтичним споживанням селену та мінеральною щільністю кісткової тканини в загальній популяції США. Енн переклад Мед. 2022, 10, 869. [CrossRef]

15. Кан, Д.; Лі, Дж.; Wu, C.; Го, X.; Лі, Б.Дж.; Чун, Дж.-С.; Кім, Дж.-Х. Роль метаболізму селену та селенопротеїнів у гомеостазі хряща та артропатіях. Exp. мол. Мед. 2020, 52, 1198–1208. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com