Fyziologické výhody dodávania nového selénu prostredníctvom nanočastíc, časť 2

2.2. Vplyv nanočastíc selénu na plodnosť

Neplodnosť je multifaktoriálne ochorenie, ktoré sa v posledných desaťročiach celosvetovo zvýšilo medzi mladými mužmi a ženami [76]. Súčasné dôkazy ukazujú, že reprodukčné poruchy sú bežne spojené s genetickými faktormi, životným štýlom a environmentálnymi faktormi, vrátane stravovacích návykov, užívania rekreačných drog, konzumácie alkoholu a kofeínu a vystavenia sa látkam znečisťujúcim životné prostredie počas prirodzeného starnutia [77,78] (pozri obrázok 2).

Neplodnosť je častým problémom, ktorému čelia páry v reprodukčnom veku. Vzťahuje sa na neschopnosť otehotnieť v akomkoľvek veku, po mnohých rokoch manželstva. Imunita je kľúčom k udržaniu dobrého zdravia, no veľa ľudí netuší, že existuje aj vzťah medzi imunitou a neplodnosťou. Tento článok predstaví vzťah medzi neplodnosťou a imunitou, aby pomohol ľuďom lepšie pochopiť túto tému.

Po prvé, imunita sa týka schopnosti odolávať vonkajšej invázii a chrániť telo pred poškodením. Imunitný systém tela dokáže identifikovať a eliminovať vírusy, baktérie, plesne a iné škodlivé látky na udržanie telesnej rovnováhy a zdravia. Neplodnosť je zvyčajne spôsobená abnormalitou alebo dysfunkciou mužského a ženského reprodukčného systému. Dôvod môže súvisieť s imunitným systémom.

Jednou z možných príčin je, že imunitný systém napáda zdravé spermie alebo vajíčka, čo je stav známy ako autoimunitná neplodnosť. Keď je imunitný systém nadmerne aktívny, zamieňa spermie alebo vajíčka za cudzích útočníkov a napáda ich. Tento stav zvyčajne vedie k opakovaným potratom u žien.

Imunitný systém napáda aj embryo, čo vedie k opakovaným potratom. Väčšina potratov je spôsobená útokom imunitného systému embrya. Tento stav sa nazýva embryoimunitná neplodnosť.

Ďalšou možnou príčinou je nadmerne potlačený imunitný systém, takže nedokáže dostatočne efektívne reagovať na škodlivé látky. Tento stav môže umožniť baktériám, vírusom a iným škodlivým látkam preniknúť do tela a ohroziť zdravie a plodnosť. Okrem toho nadmerná supresia imunitného systému môže viesť k imunodeficiencii a neplodnosti.

Preto je veľmi dôležité udržiavať dobrý imunitný systém. Niektoré jednoduché veci môžu pomôcť posilniť váš imunitný systém, ako je udržiavanie zdravého životného štýlu, dostatok výživy, zvládanie stresu a dostatok pohybu. Okrem toho sú pre udržanie dobrej imunity kľúčové aj pravidelné zdravotné kontroly a včasná liečba chorôb.

Celkovo je vzťah medzi imunitou a neplodnosťou zložitý. Zatiaľ čo imunitný systém môže byť príčinou neplodnosti, udržiavanie zdravého imunitného systému je tiež dôležité pre udržanie dobrej plodnosti. Preto, zatiaľ čo v súčasnosti neexistuje žiadny spoľahlivý spôsob, ako zaručiť liečbu neplodnosti, udržiavanie dobrého imunitného systému môže účinne znížiť riziko neplodnosti. Z tohto hľadiska musíme zlepšiť imunitu. Cistanche môže výrazne zlepšiť imunitu, pretože Cistanche je bohatá na rôzne antioxidačné látky, ako je vitamín C, karotenoidy atď. Tieto zložky dokážu vychytávať voľné radikály a znižovať oxidačný stres. Zlepšiť odolnosť imunitného systému.

Kliknite a dozviete sa prášok extraktu z cistanche tubulosa

Chronické ochorenia, vrátane cukrovky, sú často charakterizované neregulovanou produkciou ROS a následným oxidačným poškodením spojeným s fragmentáciou DNA, cytotoxicitou a smrťou spermií. To prispieva k neplodnosti, ktorá by mohla byť oslabená SeNP v myšacích modeloch prostredníctvom mechanizmu, ktorý zahŕňa inhibíciu peroxidácie lipidov a následné poškodenie DNA [79]. Ďalším faktorom, ktorý k tomu prispieva, je skutočnosť, že ženy vo vyspelých krajinách majú tendenciu odďaľovať pôrod a počatie za hranicu maximálnej plodnosti, aj keď názor, že ľudská plodnosť s rastúcim vekom klesá, je dobre zavedený [77].

Rozsiahly výskum spája reprodukčné poruchy a neplodnosť s nízkym stavom Se/nedostatkom selénu, zatiaľ čo výsledky technológií asistovanej reprodukcie (ART) u zvierat a ľudí s vhodnými hladinami séra v sére boli spojené s pozitívnymi výsledkami v počatí, čo naznačuje, že primeraná hladina Se je nevyhnutné pre reprodukčné zdravie [65,80–82]. Tieto poznatky nasmerovali súčasné výskumné záujmy na skúmanie suplementácie selénu v experimentálnych zvieracích modeloch aj v praxi chovu zvierat na zlepšenie reprodukčných schopností. Významná časť tohto typu výskumu sa zamerala na Se vo forme SeNP kvôli jeho vysokej biologickej dostupnosti a relatívne nízkej toxicite v porovnaní s inými formami Se (ako bolo uvedené vyššie), a preto táto časť prehľadu podrobne popisuje použitie. SeNP vo výskume plodnosti.

In vitro fertilizácia (IVF) je bežne používaná technika v rôznych odvetviach chovu zvierat, ako je napríklad hydinársky priemysel, na zlepšenie požadovaných genetických vlastností a zvýšenie počtu potomkov. Jednou z hlavných výziev pre úspešné IVF u zvierat je zlyhanie dozrievania oocytov – rozhodujúci krok pred oplodnením v dôsledku vystavenia kyslíku, ktoré sa prejavuje zvýšeným oxidačným stresom oocytov [71,83]. Štúdie ukázali, že suplementácia SeNP zvýšila rýchlosť dozrievania v oocytoch in vitro prostredníctvom upregulácie GPx4 a antioxidantov superoxiddismutázy (SOD), pričom účinok bol výraznejší u oocytov ošetrených SeNP 40 nm v porovnaní s účinkom 67 nm v dôsledku relatívne väčší povrch a vyšší stupeň bunkovej internalizácie menších častíc SeNP. Je zaujímavé, že SeNP tiež zlepšili pluripotenciu a preprogramovanie oocytov, čo sa vyznačuje zvýšenou reguláciou génu vývojovej kompetencie [71]. Na ďalšiu podporu potenciálnej biologickej aktivity pre vehikulom dodávaný Se, dozrievanie hovädzích oocytov in vitro, integrita DNA oocytov a koncentrácia GSH, charakterizované zvýšenou rýchlosťou re-expanzie blastocytov in vitro, boli všetky demonštrované po suplementácii 1 ug/ml každého SeNP alebo nano-oxidu zinočnatého [83]. Súhrnne tieto správy podčiarkujú význam SeNP v procesoch spojených priamo s dozrievaním a oplodnením in vitro prostredníctvom mechanizmu zvýšenej antioxidačnej kapacity a zníženého oxidačného stresu.

Ďalším kľúčovým krokom v IVF pre ľudí aj zvieratá je kryokonzervácia spermií – proces, ktorý nevyhnutne zahŕňa opakované cykly zmrazovania a rozmrazovania, čo prejavuje produkciu škodlivých ROS a spôsobuje oxidačný stres, ktorý spolu znižuje životaschopnosť spermií o viac ako 35 percent [84]. Za týchto podmienok štúdie ukázali, že suplementácia SeNP výrazne zlepšuje kvalitu gamét počas IVF procedúr [83,85]. Napríklad sperma hovädzieho dobytka doplnená o 0,5 a 1.0 µg/ml SeNP pred kryokonzerváciou zaznamenala zvýšenú pohyblivosť spermií po rozmrazení a integritu membrány so zníženým poškodením DNA a čo je dôležité, vyššiu plodnosť miera ako u kontroly [70]. Tieto ochranné účinky sa pripisovali zlepšenej celkovej antioxidačnej kapacite v semennej plazme sprevádzanej zníženou koncentráciou malondialdehydu (MDA; bežný marker oxidačného poškodenia polynenasýtených mastných kyselín bunkových membrán) v prítomnosti doplneného Se. Preto pridanie doplnku SeNP k predlžovačom spermy / vajíčka v protokoloch IVF pravdepodobne zvyšuje antioxidačný stav a zachováva kvalitu gamét a v konečnom dôsledku zlepšuje mieru plodnosti.

Ako už bolo spomenuté, chronické vystavovanie sa látkam znečisťujúcim životné prostredie by mohlo viesť k trvalému a nezvratnému poškodeniu reprodukčných systémov prostredníctvom indukcie oxidačného stresu, poškodenia DNA, straty životaschopnosti buniek a zvýšenej apoptózy, pričom všetky tieto faktory môžu byť oslabené Se [{{0} }]. Napríklad aflatoxín, environmentálny toxín nachádzajúci sa vo svaloch a pečeni v dôsledku bioakumulácie z konzumácie poľnohospodárskych produktov vrátane mlieka a vajec, sa pripisuje vyvolávaniu karcinogénnych a imunosupresívnych účinkov [87]. Nedávna štúdia ukázala, že SeNP zmiernili poškodenie semenníkov u samcov myší vystavených aflatoxínu B kvôli ich úlohe pri zvyšovaní kapacity zachytávania voľných radikálov a znižovaní záťaže ROS, čím chránia spermie a semenníky pred peroxidáciou lipidov a apoptózou [88].

Bioaktivita SeNP sa tiež prejavila ako zlepšená produkcia embryí, keď spermie samcov myší vystavených aflatoxínu B fúzovali so zdravými oocytmi počas oplodnenia in vitro [88]. Podobne ďalšia štúdia ukázala, že SeNP zachránili nekrózu indukovanú niklom v semenných tubuloch prostredníctvom upregulácie enzymatickej aktivity GPx a downregulácie proapoptotických faktorov, ktoré inhibovali apoptózu sprostredkovanú kaspázou, čo demonštruje antioxidačný potenciál a ochrannú úlohu SeNP proti poškodeniu semenníkov vyvolanému kovovými environmentálnymi znečisťujúcimi látkami [89]. V posledných rokoch sa zvýšilo zameranie na kombinované terapie kombinujúce cisplatinu s antioxidantmi na boj proti rôznym vedľajším účinkom, vrátane testikulárnej dysfunkcie spojenej s neplodnosťou. Je zaujímavé, že podávanie SNP zlepšilo histologické znaky a hmotnosť semenníkov v prítomnosti testikulárnej toxicity vyvolanej cisplatinou [90]; opäť naznačuje potenciál SeNP zachovať životaschopné spermie.

Ďalším hlavným dôvodom neplodnosti je prítomnosť priemyselných chemikálií v mnohých spotrebných produktoch, ktoré sú endokrinnými disruptormi, pričom dlhodobé vystavenie takýmto chemikáliám je spojené s reprodukčnou dysfunkciou [91,92]. Napríklad bisfenol A (BPA) je environmentálny toxín spojený s plastmi a spája sa s podporou neplodnosti [77]. Spoločné podávanie Se myšiam vystaveným BPA však zlepšilo antioxidačnú aktivitu a znížilo expresiu ER-2 génov zapojených do modulácie apoptózy počas spermatogenézy, čím sa zachránilo poškodenie semenníkov a toxicita vyvolaná BPA [93]. Ochranné účinky SeNP prekonali účinky doplneného (anorganického) seleničitanu sodného, ​​čo dokazuje schopnosť znižovať proapoptotické mechanizmy, fragmentáciu DNA a vybrané hladiny génovej expresie, čo ponúka účinnú stratégiu reprodukčnej ochrany proti exogénnym toxínom.

Ďalším bežným endokrinným disruptorom spojeným s reprodukčnou toxicitou a široko používaným v spotrebnom tovare je di-n-butylftalát (DBP). Gravidné samice potkanov vystavené DBP a podávané SeNP porodili potomkov samcov so zvýšenými hladinami testosterónu, zlepšenými génmi INSL3 a MR spojenými s funkčnosťou Leydigových buniek, zlepšenou antioxidačnou kapacitou a zníženými hladinami MDA prostredníctvom inhibície peroxidácie lipidov v porovnaní s tými. zvieratá vystavené samotnému DBP [76]. Preto by SeNP mohli byť potenciálnym ochranným doplnkom používaným proti reprodukčnej toxicite vyvolanej environmentálnymi toxínmi vo všeobecnej populácii, najmä počas kritických štádií tehotenstva.

2.3. Vplyv nanočastíc selénu na rast

Je dobre potvrdeným faktom, že nutričný zásah ovplyvňuje rast a plodnosť a antioxidačný stav potomstva [50]. Dôležité je, že zvyšujúci sa dopyt po rybách a mäse ako primárnych potravinových zdrojoch a snaha o vysokokvalitné potraviny s výhodnými zdravotnými vlastnosťami podnietili nový výskum v oblasti vylepšenia výživy s cieľom poskytnúť svetu lepšiu kvalitu potravín pri vyšších výrobných rýchlostiach [72]. Nedávno sa pozornosť sústredila na suplementáciu SeNP ako jeden z primárnych diétnych prístupov používaných v akvakultúre, poľnohospodárstve a hydinárskom priemysle [94].

Ryby sú primárnym zdrojom živočíšnych bielkovín v mnohých krajinách [95]. Rastúci dopyt spotrebiteľov a nárast znečistenia životného prostredia však viedli k výzvam vo výskume akvakultúry a výživy, ktoré sú nevyhnutné pre udržateľné dodávky rýb a budúcu potravinovú bezpečnosť na celom svete [96]. Tilapia nílska, bohatá na omega-3 mastné kyseliny, je jednou z celosvetovo najčastejšie konzumovaných rýb [97]. Štúdie skúmajúce suplementáciu nílskej tilapie s 1 mg SeNP/kg telesnej hmotnosti preukázali zlepšený rastový výkon meraný väčším prírastkom hmotnosti v porovnaní s kontrolou; tento priaznivý účinok SeNP bol však obmedzený, pretože ryby suplementované dávkou nad alebo pod 1 mg/kg nevykazovali žiadny zvýšený prírastok hmotnosti [72].

Okrem toho ryby doplnené 1 mg SeNP / kg telesnej hmotnosti vykazovali požadovaný profil mastných kyselín a súčasné zvýšenie antioxidačného potenciálu, čo dokazuje vyšší obsah polynenasýtených mastných kyselín a významne zvýšená aktivita GPx. Tieto výsledky ďalej objasňujú dôležitosť dávky Se používanej v krmive pre zvieratá a potenciál SeNP na podporu rastu a výsledky boli tiež potvrdené v intenzívnom chove hydiny [65]. Ďalšia podobná štúdia porovnávala účinky SeNP s účinkami tradičných foriem Se (organických a anorganických) s použitím nílskej tilapie [51].

Výsledky tejto štúdie ukázali, že ryby doplnené SeNP vykazovali optimálny hematologický profil pomocou meraní hemoglobínu, červených krviniek a cirkulujúcich hladín IgM, čo naznačuje zlepšený zdravotný a imunologický stav pri použití tejto formy potravinového Se. Okrem toho SeNP súčasne zlepšili aktivity SOD, katalázy (CAT) a GPx a znížili hladiny MDA v pečeni, čo naznačuje zvýšenú antioxidačnú obranu pečene, čo bolo v súlade s predchádzajúcou štúdiou [72]. Okrem toho SeNP zlepšili zdravie čriev, čo sa preukázalo väčšou dĺžkou klkov a počtom pohárikovitých buniek v sliznici hrubého čreva, čo naznačuje efektívnejšie trávenie a využitie potravy a zvýšenú ochranu sliznice pre základné črevo.

Dôležité je, že výskum tiež ukázal, že diétny Se priaznivo zlepšil črevný mikrobióm zvýšením množstva prospešných baktérií a obmedzením rastu nežiaducich patogénov [98]. V porovnaní s inými kovovými nanočasticami, ako sú nanočastice striebra a zlata s antimikrobiálnymi vlastnosťami, sú SeNP relatívne menej toxické, pretože sú skutočne nevyhnutné pre metabolické procesy a sú prítomné v biologickom systéme [99, 100].

Brojlery kŕmené 0,9 mg SeNP/kg telesnej hmotnosti ovplyvnilo rod črevných baktérií a zlepšilo zdravie čriev, čo dokazuje zvýšený výskyt prospešných baktérií vrátane Lactobacillus a Faecalibacterium; fenotyp, ktorý je spojený s priaznivou produkciou metabolitov, vrátane butyrátu [101]. Za rovnakých podmienok suplementácie stravy sa tiež zvýšila produkcia mastných kyselín s krátkym reťazcom, čo bolo spojené so zlepšenou imunitou a funkciou sliznice hrubého čreva, s úmerným znížením rizika zápalu, cukrovky a IBD. Celkovo tieto výsledky naznačujú potenciálnu aplikáciu SeNP v krmive pre hydinu na dosiahnutie priaznivých zdravotných výsledkov prostredníctvom modifikácie črevnej mikroflóry.

Globálne otepľovanie spôsobuje zvýšenie teploty mora, čo negatívne ovplyvňuje rast, metabolizmus a rôzne fyziologické funkcie vodných živočíchov a v konečnom dôsledku znižuje mieru prežitia. Za týchto podmienok zahrnutý mechanizmus zvyšuje produkciu voľných radikálov a znižuje poškodenie tkaniva, ktoré by mohlo byť oslabené suplementáciou SeNP [102]. Okrem toho nedávna štúdia zistila, že suplementácia SeNP zmiernila tepelný stres a zlepšila tepelnú toleranciu u pstruha dúhového prostredníctvom upregulácie aktivít GPx a CAT a aktivácie glutamát-glutamínových dráh spojených so zníženou produkciou ROS a zápalom [103]. Mikroskopicky bola fosfolipidová membrána pstruha dúhového integrálnejšia v dôsledku zmiernenia oxidačného poškodenia vyvolaného SeNP. Ďalšia podobná štúdia ukázala, že SeNP podporovali opravu proteínov a inhibovali apoptózu u pstruha dúhového prostredníctvom upregulácie proteínov tepelného stresu a downregulácie proapoptotických proteínov a syntézy cholesterolu [104].

V poľnohospodárskom priemysle SeNP zmierňovali tepelný stres u nedostatočne vyvinutých prasiatok, charakterizovaných zvýšenou aktivitou SOD, CAT a GPx v plazme, zvýšeným protizápalovým IL-10 cytokínom a zníženými hladinami oxidačného biomarkera MDA [68]. Iná nedávna štúdia preukázala úlohu SeNP pri zlepšovaní odolnosti rastlín voči biologickému stresu, aby sa obmedzilo používanie chemických pesticídov, kde potenciálna toxicita u ľudí bola prirodzeným rizikom [105]. Okrem toho SeNP zlepšili odolnosť voči invázii patogénov v rastlinách melóna prostredníctvom zvýšených aktivít SOD a CAT a ich hladín mRNA spolu so zvýšenými aktivitami APX a POD, čo naznačuje zlepšenú antioxidačnú kapacitu a zachytávanie ROS [106]. Zvýšená fotosyntéza v melónoch bola sprevádzaná detekciou zvýšeného množstva mitochondrií, chlorofylu a preukázateľným zhrubnutím bunkových stien. Celkovo tieto výsledky demonštrovali význam SeNP pri sprostredkovaní tolerancie tepelného stresu prostredníctvom zvýšenej antioxidačnej kapacity a tolerancie tepelného a biologického stresu, čím sa zlepšuje životaschopnosť biologických organizmov.

Početné štúdie dokumentujú, že diétna intervencia matiek suplementáciou SeNP ovplyvňuje rast a plodnosť a antioxidačný stav potomstva [52,107]. V porovnaní so seleničitanom sodným a selénovými kvasinkami boli SeNP najúčinnejšie pri zvyšovaní produkcie vajec, hmotnosti vajec a pomeru konverzie krmiva u nosníc, sprevádzané výrazne zvýšenou koncentráciou Se vo vajciach, hladinami mRNA pečene GPx1 a aktivitou GPx v sére a nižšími hladinami MDA. [66]. Je zaujímavé, že SeNP zvýšili toleranciu nosníc na deoxynivalenol (DON; plesňový toxín) s najväčšou pravdepodobnosťou prostredníctvom mechanizmu SeNP-sprostredkovaného zvýšenia antioxidačnej aktivity [65]. Nosnice vystavené DON a kŕmené krmivom doplneným SeNP teda preukázali zvýšenú antioxidačnú obranu a imunitnú odpoveď na DON, charakterizovanú zlepšenými hladinami GPx, vyššou produkciou vajec a ochranou pred oxidačným poškodením a mierami vajec s mäkkou škrupinou alebo prasknutých vajec.

Aj keď je vhodné množstvo tepla kľúčové pre embryonálny vývoj a rast, vysoké inkubačné teploty by mohli nepriaznivo ovplyvniť liahnivosť a rast brojlerov [65]. In ovo injekcia SeNP počas neskorej inkubácie u brojlerov však výrazne zvýšila antioxidačnú kapacitu a zmiernila oxidačný stres, čo sa prejavilo ako znížené hladiny kortizolu a zvýšený pomer T3/T4, čo naznačuje znížený tepelný stres a zvýšený metabolizmus hormónov štítnej žľazy. Tieto výsledky opäť posilňujú dôležitosť a potenciálnu aplikáciu suplementácie SeNP na zvýšenie produkcie a kvality potravín v hydinárskom priemysle.

2.4. Vplyv nanočastíc selénu na choroby a ľudské zdravie

Ako už bolo spomenuté, Se má protizápalové a antioxidačné vlastnosti. Množstvo výskumov teda skúmalo účinky Se špecificky vo forme SeNP na zmiernenie chorôb, vrátane diabetickej nefropatie [108], Alzheimerovej choroby [61] a leukémie [109] in vitro a na zvieracích modeloch.

Najčastejšie chronické ochorenia spojené s prirodzeným starnutím, vrátane cukrovky, Alzheimerovej choroby (AD), kardiovaskulárnych ochorení a rakoviny, sa vyznačujú zvýšenou produkciou ROS, oxidačným stresom a chronickým zápalom. U diabetických potkanov sa ukázalo, že SeNP znižujú prozápalové markery, vrátane hladín IL{0}} a TNF a renálnych hladín MDA, čo vedie k nižšiemu oxidačnému stresu, čo je indikované zlepšenými funkciami obličiek v dôsledku nižšej sérovej močoviny a kreatinínu spolu so zníženými hladinami glukózy [108]. Okrem toho resveratrol (RSV), prirodzene sa vyskytujúca chemikália nachádzajúca sa v hrozne s neuroprotektívnymi vlastnosťami, vykazoval maximálne terapeutické účinky proti AD, keď sa podával potkanom v kokteile RSV-SeNP [110]. Pokiaľ ide o biologické mechanizmy účinku, synergická interakcia RSV a SeNP by mohla lepšie zmierniť peroxidáciu lipidov, zmierniť narušenie mitochondriálnej membrány a obnoviť hladiny antioxidačných enzýmov v mozgových tkanivách postihnutých AD. Potkany s AD podávaným s kokteilom RSV-SeNPs vykazovali zlepšené symptómy AD, ktoré sa prejavili zlepšenými hladinami acetylcholínu a narušenou tvorbou agregátov A sprevádzanou zvýšeným klírensom peptidov A, čím sa inhibovali lokálne zápalové reakcie.

Potenciálny terapeutický prínos aktivity SeNP proti oxidačnému stresu a zápalu bol tiež preukázaný na modeli srdcového oxidačného poškodenia a fibrózy indukovanej nízkymi hladinami hormónov štítnej žľazy u hypotyreoidných potkanov [111]. Tu SeNP podávané v dávke 150 ug/kg zoslabili srdcovú fibrózu a hypertrofiu kardiomyocytov prostredníctvom zvýšených aktivít CAT a SOD a hladín tiolu so zníženými hladinami MDA v srdcových tkanivách. Podobne v modeli dysfunkcie a poškodenia vaskulárnych endotelových buniek u potkanov indukovaných homocysteínom, SeNP, seleničitan sodný a selenometionín zlepšili vaskulárny fenotyp prostredníctvom záchrany lokálnych hladín GPx1 a GPx4 [112]. Najmä za týchto podmienok vykazovali SeNP nižšiu toxicitu v porovnaní s inými formami Se pri zachovaní podobnej úrovne vazoochrany. Nižšia toxicita SeNP bola potvrdená v inej štúdii, kde LD50 SeNP bolo 18-krát viac ako u seleničitanu v myších modeloch, s menšou retenciou Se [113]. Napriek tomu SeNP pri podávaní v rovnakej dávke ako seleničitan nielen znížili hladiny TBARS (ďalší sekundárny marker peroxidácie lipidov), ale aj zvýšili hladiny GSH.

Okrem terapeutických vlastností SeNP pri chronických ochoreniach sa uvádza, že dopravný transport Se vykazuje buď synergické účinky s rakovinovými liekmi, alebo vykazuje protirakovinovú aktivitu špecifickú pre rakovinové bunky, čo naznačuje menšiu toxicitu a vedľajšie poškodenie zdravých buniek a tkanív. Napríklad SeNP podporovali opuch a lýzu buniek v bunkách akútnej myeloidnej leukémie (AML) prostredníctvom zastavenia bunkového cyklu a apoptózy, pričom vykazovali minimálnu toxicitu pre hematopoetické kmeňové bunky a T bunky [109]. Je pozoruhodné, že SNP použité v tejto štúdii boli vložené do nanorúrok pozostávajúcich z trojitého helixu - d-glukánu (BFP) polysacharidu extrahovaného z čiernej huby, ktorá podporovala adhéziu k biologickým tkanivám, čím sa zvýšila rýchlosť absorpcie a retencie BFP-SeNP. Podobne, SeNP zapuzdrené v zlatých nanokagoch ​​sa po ožiarení uvoľnili do cieľových tkanív a stimulovali lokálnu apoptózu v dôsledku mitochondriálnej dysfunkcie indukovanej ROS, keď sa použili spolu s liekom na rakovinu, čo naznačuje potenciálne cielené uvoľňovanie SeNP [64]. Dôležité je, že SeNP zvýšili eliminačnú účinnosť rakovinových buniek v porovnaní s normálnymi zdravými bunkami, čo potvrdila ďalšia štúdia [114]. Okrem toho, zvýšenie selektívnej apoptózy pomocou SeNP bolo preukázané aj pri rakovine prsníka v podmienkach experimentálnej kultivácie, kde boli SeNP pridané k bunkám rakoviny prsníka in vitro 24 hodín pred liečbou ožiarením [115].

Na zvýšenie selektivity SeNP v systéme podávania liekov zacielených na rakovinu výskum ukázal, že SeNP sa pripojili k folátom (FA) pred zavedením protirakovinového lieku ruténium polypyridyl (RuPOP), účinne zvýšili špecifickosť lieku, takže RuPOP sa uvoľnil iba v kyslé mikroprostredie (napr. žalúdok) na uľahčenie uvoľňovania liečiva spôsobom na požiadanie [116]. Celkovo tieto výsledky naznačujú potenciálnu aplikáciu SeNP ako synergickej liečby rakoviny v dôsledku ich selektivity pri podpore smrti rakovinových buniek, pravdepodobne prostredníctvom aktivácie SeNP pri zastavení bunkového cyklu vo fáze G2/M, metabolického stresu a zvýšenej intracelulárnej produkcii ROS v rakovinové bunky. Okrem apoptickej aktivity SeNP proti rakovinovým bunkám, SeNP konjugované s kvercetínom (Qu) a acetylcholínom (ACh) vykazujú antibakteriálnu aktivitu proti multirezistentným superbaktériám (MDR) tým, že spôsobujú ireverzibilné poškodenie bakteriálnej bunkovej steny po adhézii [63].

Ako už bolo uvedené, SeNP by mohli zmierniť negatívne vplyvy environmentálnych toxínov a chemikálií bežne prítomných v komerčných produktoch na plodnosť a ich priaznivé účinky by sa mohli preukázať aj pri iných chorobách. Nanočastice selénu by mohli obnoviť neurotoxicitu a motorické deficity u potkanov indukované pesticídom cypermetrín (CYP) zmiernením oxidačného stresu v dôsledku metabolizmu CYP v pečeni, ktorý vedie k ROS a oxidačnému stresu [117]. Neurotoxické myši liečené SeNP vykazovali normálne behaviorálne výsledky, ktoré súviseli so zvýšenými hladinami GABA a glutatiónu a nižšími hladinami MDA a zápalových markerov (TNF- a IL-1), čím sa zabránilo nadmernej excitácii vyvolanej CYP neurónový systém. Okrem toho SeNP chránili pečeň a obličky pred toxickými účinkami vyvolanými široko používaným analgetikom, acetaminofénom, prostredníctvom zachovania integrity DNA a zlepšenej antioxidačnej kapacity pečene, čo je histologicky podporené zníženými oxidačnými léziami pečene a obnovenou bunkovou štruktúrou pečene [62]. .

Je zaujímavé, že nedávna štúdia skúmala potenciálne analgetické účinky SeNP pri zápalových poruchách, pretože zápal podporuje uvoľňovanie zápalových mediátorov, ktoré excitujú nociceptívne neuróny, čo vedie k lokálnemu zápalu a bolesti [118]. Napriek protizápalovej aktivite SeNP podporovanej zníženým počtom leukocytov a prozápalovými cytokínmi, vrátane markerov prostaglandínu, TBAR a NOx, nemali SeNP žiadny vplyv na nociceptívny prah v modeloch potkanov.

2.5. Syntéza nanočastíc selénu

Dennú potrebu príjmu selénu, ktorú telo potrebuje, možno dosiahnuť konzumáciou potravín obohatených o selén, vrátane zeleniny, obilnín a mäsa; no denná potreba selénu nemusí byť dostatočne pokrytá samotnou konzumáciou stravy [119]. V porovnaní s konvenčnými formami suplementácie Se dostupnými na trhu, SeNP prekonávajú organické a anorganické formy Se z hľadiska biologickej aktivity a toxicity. Vzhľadom na potenciálnu aplikáciu SeNP v akvakultúre, hydinárskom a ľudskom priemysle doplnkov by sa SeNP mohli stať novou formou suplementácie Se [76]. Existuje niekoľko ciest na syntézu SeNP, z ktorých najbežnejšími typmi sú chemická syntéza, ktorá využíva rôzne činidlá, a biosyntéza zahŕňajúca rastliny alebo mikroorganizmy na produkciu zapuzdreného stopového prvku [120]. Pokiaľ ide o chemickú metodológiu, metódy prípravy SeNP a metódy charakterizácie oboch syntetických metodológií sú vo všeobecnosti štandardizované, avšak príprava na biosyntézu SeNP sa značne líši v závislosti od typu použitých rastlín a mikroorganizmov, ktoré sú tu zhrnuté a diskutované.

Na prípravu SeNP chemickou syntézou štandardný protokol používaný vo väčšine štúdií zahŕňal pridanie 1 ml 25 mM roztoku NaSe do 4 ml glutatiónu (GSH) rovnakej koncentrácie obsahujúcej 15 mg hovädzieho sérového albumínu (BSA), po doplnení stabilizačného polyméru a úprave pH na 7,2 [41,117]. Stojí za zmienku, že veľkosť a povrchový náboj SeNP možno manipulovať zmenou pH roztoku a množstva BSA použitého vo výrobnom procese [3, 121]. Konečný roztok obsahujúci produkt SeNP sa čistil dialýzou proti dvakrát destilovanej vode počas 4 dní a voda sa nahrádzala denne, aby sa izoloval vedľajší produkt GSH z konečného produktu. Morfológia a identita konečného produktu sa charakterizovala a overila pomocou rôntgenovej difrakcie, umiestnením malej vzorky zafarbenej kyselinou fosfowolfrámovou (2 percentá) na medenú mriežku a pozorovaním vzorky pod transmisnou elektrónovou mikroskopiou (TEM). Ďalší spôsob prípravy využíval oxid seléničitý (SeO2) rozpustený v destilovanej vode obsahujúcej 0,2 percenta polyvinylpyrolidónu (PVP), čím sa získal roztok kyseliny selénovej, ktorý sa ochladením v ľadovom kúpeli vyčíril [118]. Pridanie ľadovo studeného 0,1 mol/l redukčného činidla, borohydridu draselného, ​​spustilo zmenu farby v roztoku Se02 z číreho na žlto-oranžovú, čo naznačovalo tvorbu SeNP. Podobne ako pri vyššie uvedenej charakterizačnej metóde sa výsledný roztok obsahujúci SeNP potom charakterizoval pomocou techník dynamického rozptylu svetla (DLS) a elektroforetického rozptylu svetla (ELS), aby sa určila hodnota zeta potenciálu a poskytla sa morfológia SeNP. Vyšší zeta potenciál, bez ohľadu na znamienko (tj plus /-) svedčí o stabilite častíc a prejavuje sa to ako zvýšená odolnosť voči agregácii. To sa vysvetľuje nižšou hodnotou zeta potenciálu, čo znamená, že príťažlivé sily môžu prevýšiť medzičasticové odpudzovanie a disperzia sa môže zlomiť a vytvoriť malé zhluky/hmoty. Preto je vhodná hodnota zeta potenciálu rozhodujúca pre tvorbu a stabilitu SeNP [122].

Na biosyntézu SeNP niekoľko štúdií použilo techniku ​​podobnú chemickým syntézam (opísané vyššie), ale namiesto toho použili rastliny a kyselinu askorbovú ako chemické redukčné činidlo [76, 113, 123]. Vo vode rozpustné a prírodné polymérne polysacharidy, ako je chitosan, konjac glukomanan, akáciová guma, karboxymetylcelulóza, glukán pochádzajúci z rastlín, ako je čierna huba [109] a Lentinus Edodes (huba shiitake) [114], a korene rastlín vrátane Použili sa Withania somnifera [79], pretože sú vynikajúcimi stabilizátormi pri syntéze dispergovaných koloidných SeNP [123]. Nanočastice selénu vyrobené podľa tohto protokolu používali roztok kyseliny selénovej v zmesi obsahujúcej polysacharidy, ako je celulóza, čím sa získala vodná suspenzia Se/celulóza, ktorá bola zmiešaná s kyselinou askorbovou. Roztok kyseliny askorbovej sa pomaly pridal do suspenzie Se/celulóza a intenzívne sa miešal, kým suspenzia nezmenila farbu z bielej na tehlovočervenú/oranžovú, keď sa začali tvoriť koloidy Se/celulóza a SeNP. Konečný produkt sa potom mohol oddeliť, vyčistiť dialýzou a premyť vodou a 70 percentným etanolom, aby sa odstránila nadbytočná kyselina askorbová a iné vedľajšie produkty s nízkou molekulovou hmotnosťou, a potom sa sušil použitím procesu sušenia rozprašovaním, aby sa odstránila zvyšková vlhkosť.

Ďalšia podobná štúdia skúmajúca antimikrobiálne účinky SeNP proti superbaktériám využívala kvercetín (Qu), esenciálny rastlinný flavonoid prítomný v mnohých druhoch ovocia, kvetov a zeleniny vďaka svojim prirodzeným antibakteriálnym vlastnostiam a tiež neurotransmiter acetylcholínu (ACh) vďaka svojej schopnosti kombinovať s receptorom prítomným na bunkovej stene baktérií, čím podporujú väzbu Qu-ACh-SeNP na baktérie [63]. Na syntézu Qu-ACh-SeNP sa NaSe zmiešal s Qu rozpusteným v metanole a chloridom ACh v prítomnosti kyseliny octovej počas 10 minút v chladných podmienkach. Po pridaní redukčného činidla, borohydridu sodného, ​​sa zmes intenzívne mieša. Konečný červený roztok sa centrifugoval, aby sa zozbierala červená zrazenina, nasledovalo opakované premytie PBS, aby sa získal konečný komplexný Qu-ACh-SeNP produkt.

Syntéza SeNP môže tiež využívať bakteriálne bunkové lyzáty [124] alebo anaeróbny granulovaný kal obsahujúci baktérie na biologickú redukciu biogénnych SeNP tvoriacich seleničitan [3]. Kroky tohto protokolu zahŕňajú zhromažďovanie biofilmov granulovaného kalu z anaeróbneho kalového reaktora upravujúceho odpadovú vodu z papierní, ktoré sa potom môžu použiť na mikrobiálnu konverziu rozpustných Se oxyaniónov na nerozpustný elementárny Se, ktorý je začlenený do biogénnych SeNP, čo potvrdzuje výskyt látka červenej farby. Mechanisticky baktérie syntetizovali SeNP buď denitrifikáciou seleničitanu zahŕňajúcou dusičnanové reduktázy a bunkové kofaktory (prítomné v E. coli), redukciou zlúčenín Se (IV) zahŕňajúcou dusitanreduktázy (prítomné v Rhizobiu) a selenátreduktázou zapojenou do chemickej redukcie selenát alebo redukcia seleničitanu redukovanými tiolmi, ako je GSH (prítomný v eukaryotických bunkách, cyanobaktériách a -, - a -skupinách proteobaktérií) [60]. Tento proces má pridanú potenciálnu výhodu zníženia vypúšťania kalu kontaminovaného selénom do vodného prostredia vzhľadom na rastúce obavy súvisiace s toxicitou Se u vodných živočíchov [57]. Je zaujímavé, že pri porovnaní hodnôt LC50 boli biogénne SeNP u embryí zebričiek 3.{12}}krát menej toxické ako seleničitan a 10-krát menej toxické ako chemicky syntetizované SeNP [3].

Napriek nižšej toxicite biogénnych SeNP v porovnaní s chemicky syntetizovanými SeNP, jedným z neodmysliteľných rizík spojených s týmto spôsobom syntézy je, že značné množstvo biogénnych SeNP môže zostať v bioreaktore kvôli jeho koloidnej štruktúre, ktorá vedie k vypúšťaniu do vodného prostredia. [3]. Biogénne SeNP sú však menej toxické s nižšou biologickou dostupnosťou v dôsledku prítomnosti extracelulárnych polymérnych látok, čo znižuje interakcie medzi nanočasticami a biologickými organizmami. Na rozdiel od použitia biologického kalu pri produkcii biogénnych SeNP, iné štúdie využívali rybie orgány, ako sú žiabre [57]. V týchto štúdiách sa homogenizované rybie žiabre odstredili, aby sa zozbieral supernatant, ktorý sa zmiešal s 200 ml 2M seleničitanu sodného a nepretržite sa pretrepával 36 hodín. Po odstredení sa zozbierané pelety vysušili a uskladnili pri teplote miestnosti, aby sa mohli neskôr rozdrviť za vzniku hrubého koloidu, ktorý je potrebný na doplnenie stravy.

Ako už bolo spomenuté, označené SeNP by sa mohli použiť ako systém dodávania liekov na zvýšenie selektivity nákladu medzi chorými a zdravými bunkami, kde syntéza SeNP často zahŕňa použitie kovových nanokagéz vrátane zlata. Tento výrobný proces zahŕňa dva kroky, (i) syntézu zlatých nanokagónov a (ii) vloženie kyseliny selénovej a materiálov s fázovou zmenou (PCM), ako je kyselina laurová, do nanokagónov [64]. Po prvé, strieborné nanokocky s veľkosťou 45 mm sa premenia na zlaté nanokocky (AuNC) prostredníctvom galvanickej náhradnej reakcie s HAuCl4. Po druhé, 1 ml AuNC sa disperguje v 0,5 ml metanolu obsahujúcom 0,3 g PCM (kyselina laurová) a 0,2 g kyseliny selénovej, čo sa mieša pri 50 ◦C počas 5 hodín a potom centrifugujte pri 14,{13}} ot./min., čím sa získajú SeNP zapuzdrené v zlatých nanokagoch, ktoré sa potom môžu redispergovať v 1 ml deionizovanej vody, aby sa získal konečný produkt. Podobne iná štúdia pripravila dva typy nanočastíc selénu s kvantovými mechanickými vlastnosťami, ktoré preukázali inhibíciu rastu v rakovinových bunkách prostredníctvom indukcie mitochondriou sprostredkovanej apoptózy a nekrózy [125]. Ďalšia štúdia skúmajúca terapeutické účinky SeNP na liek proti rakovine, ruténium polypyridyl (RuPOP) konjugovaný folát (FA) a SeNP na RuPOP, produkujúce FA-RuPOP-SeNP, ktorý bol syntetizovaný podobným spôsobom s použitím kyseliny askorbovej, seleničitanu sodného, a polysacharidové polyméry [116]. FA receptory sú bežne nadmerne exprimované v rakovinových bunkách, čo je charakteristika, ktorá by sa mohla využiť pri navrhovaní liečby rakovinovými liekmi na uľahčenie dodania a príjmu FA-RuPOP-SeNP rakovinovými bunkami.

3. Závery
Diétne doplnenie SeNP preukázalo celý rad výhod v poľnohospodárstve a ľuďoch s vynikajúcim výkonom v porovnaní s tradičnými chemickými formami potravinového Se. Preto sa čoraz viac považuje za inovatívnu a novú alternatívu. Uznávajúc antioxidačné vlastnosti selénu v potrave, medzi výhody pripisované SeNP patrí nižšia toxicita, zvýšený rastový výkon, zlepšená nutričná kvalita, imunitné funkcie, zlepšená celková reprodukčná výkonnosť, znížený oxidačný stres a zápal, zmiernený tepelný stres, neurotoxicita a zvýšené znečistenie životného prostredia. odolnosť voči infekciám, pomocné účinky pri chemoterapii, selektívna apoptóza rakovinových buniek, selektívne dodávanie liekov proti rakovine a antibakteriálne účinky proti superbaktériám.

Stále sú však potrebné ďalšie štúdie na objasnenie farmakologickej aktivity a bezpečných dávok v dôsledku prirodzených biologických a environmentálnych variácií a odlišného (základného) stavu Se pre zvieratá a ľudí v rôznych regiónoch sveta. Vyššie uvedené výhody v kombinácii s viacerými syntetickými cestami používanými na vývoj prispôsobených SeNP na použitie v intenzívnom poľnohospodárstve a ako potenciálne terapeutiká pre ľudské patológie robia túto formu Se hlavným kandidátom na ďalší výskum. Avšak okrem obmedzených údajov o toxicite je v súčasnosti k dispozícii nedostatok úplných farmakokinetických údajov, vrátane vychytávania SeNP vs. polčas a metabolizmus a akumulácie SeNP alebo metabolitu v tkanive vs. dávkovanie. Akonáhle bude k dispozícii kompletnejšia farmakokinetická štúdia pre optimálne formy SeNP, ďalšie testovanie týchto optimálnych systémov dodávania Se si bude vyžadovať rozsiahle budúce štúdie na ľuďoch pomocou randomizovaných kontrolných štúdií.

Príspevky autora:

Konceptualizácia, PKW a GA; softvér, AM, AA a J.-YS; validácia, AA a AM; vyšetrovanie, AA; zdroje, AA; spracovanie údajov, AA a AM; písanie – príprava pôvodného návrhu, AA a AM; písanie – recenzie a úpravy, PKW, J.-YS a GA; vizualizácia, AM; dohľad, PKW a GA; získanie financovania, PKW Všetci autori si prečítali a súhlasili s uverejnenou verziou rukopisu.

Financovanie:

Tento výskum financovala The Australian Research Council, grant číslo „DP200102670“ (udelený PKW).

Vyhlásenie inštitucionálnej revíznej rady:

Nevzťahuje sa na štúdie, ktoré nezahŕňajú ľudí alebo zvieratá.

Poďakovanie:

Ďakujeme Belalovi Chamimu za prečítanie konceptov tohto rukopisu a za kritickú spätnú väzbu.

Konflikt záujmov:

Autori nedeklarujú žiadny konflikt záujmov.

Referencie

Mojadadi, A.; Au, A.; Salah, W.; Witting, P.; Ahmad, G. Úloha selénu v metabolickej homeostáze a ľudskej reprodukcii. Živiny 2021, 13, 3256. [CrossRef] [PubMed]

2. Fordyce, FM Nedostatok selénu a toxicita v životnom prostredí. In Základy lekárskej geológie; Springer: Berlín/Heidelberg, Nemecko, 2013; s. 375–416.

3. Mal, J.; Veneman, WJ; Nancharaiah, YV; van Hullebusch, ED; Peijnenburg, WJGM; Vijver, MG; Lens, PNL Porovnanie osudu a toxicity seleničitanu, biogénne a chemicky syntetizovaných nanočastíc selénu s embryogenézou zebričiek (Danio rerio). Nanotoxikológia 2017, 11, 87–97. [CrossRef] [PubMed]

4. Krysiak, R.; Kowalcze, K.; Okopie ´n, B. Selenometionín zosilňuje vplyv vitamínu D na autoimunitu štítnej žľazy u eutyreoidných žien s Hashimotovou tyreoiditídou a nízkym stavom vitamínu D. Pharmacol. Rep. 2019, 71, 367–373. [CrossRef] [PubMed]

5. Wang, Y.; Gao, X.; Pedram, P.; Shahidi, M.; Du, J.; Yi, Y.; Gulliver, W.; Zhang, H.; Sun, G. Významná prospešná asociácia vysokého príjmu selénu v strave so zníženým obsahom telesného tuku v štúdii CODING. Živiny 2016, 8, 24. [CrossRef]

6. Winther, KH; Rayman, poslanec; Bonnema, SJ; Hegedüs, L. Selén v štítnej žľaze – základné poznatky pre lekárov. Nat. Endocrinol. 2020, 16, 165–176. [CrossRef]

7. Mutonhodza, B.; Radosť, EJM; Bailey, EH; Lark, MR; Kangara, MGM; Broadley, MR; Matsungo, TM; Chopra, P. Väzby medzi pôdou, plodinou, hospodárskymi zvieratami a stavom ľudského selénu v subsaharskej Afrike: prehľad rozsahu. Int. J. Food Sci. Technol. 2022, 57, 6336–6349. [CrossRef]

8. Wang, N.; Tan, H.-Y.; Li, S.; Xu, Y.; Guo, W.; Feng, Y. Suplementácia mikronutrientu selénu pri metabolických ochoreniach: jeho úloha ako antioxidantu. Oxidative Med. Bunka. Longev. 2017, 2017, 7478523. [CrossRef]

9. Kryukov, GV; Castellano, S.; Novoselov, SV; Lobanov, AV; Zehtab, O.; Guigó, R.; Gladyshev, VN Charakterizácia cicavčích selenoproteómov. Science 2003, 300, 1439. [CrossRef]

10. Fontenelle, LC; Feitosa, MM; Freitas, TEC; Severo, JS; Morais, JBS; Henriques, GS; Oliveira, FE; Moita Neto, JM; Marreiro, DdN Stav selénu a jeho vzťah s hormónmi štítnej žľazy u obéznych žien. Clin. Nutr. Eur. Soc. Clin. Nutr. Metab. 2021, 41, 398–404. [CrossRef]

11. Santos, AdC; Passos, AFF; Holzbach, LC; Cominetti, C. Príjem selénu a kontrola glykémie u mladých dospelých so syndrómom obezity s normálnou hmotnosťou. Predné. Nutr. 2021, 8, 696325. [CrossRef]

12. Dhillon, VS; Deo, P.; Fenech, M. Profil mikronutrientov v plazme prípadov rakoviny prostaty je zmenený v porovnaní so zdravými kontrolami Výsledky pilotnej štúdie v Južnej Austrálii. Rakoviny 2022, 15, 77. [CrossRef]

13. Stevens, J.; van den Brandt, PA; Goldbohm, RA; Schouten, LJ Stav selénu a riziko podtypov rakoviny pažeráka a žalúdka: Holandská kohortová štúdia. Gastroenterológia 2010, 138, 1704–1713. [CrossRef]

14. Xue, G.; Liu, R. Asociácia medzi príjmom selénu v potrave a minerálnou hustotou kostí v bežnej populácii USA. Ann. Prekl. Med. 2022, 10, 869. [CrossRef]

15. Kang, D.; Lee, J.; Wu, C.; Guo, X.; Lee, BJ; Chun, J.-S.; Kim, J.-H. Úloha metabolizmu selénu a selenoproteínov v homeostáze chrupavky a artropatiách. Exp. Mol. Med. 2020, 52, 1198–1208. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com