Fiziološke prednosti nove isporuke selena putem nanočestica, 2. dio

2.2. Utjecaj nanočestica selena na plodnost

Neplodnost je multifaktorska bolest koja se povećala među mladim muškarcima i ženama širom svijeta tokom posljednjih decenija [76]. Savremeni dokazi pokazuju da su reproduktivni poremećaji obično povezani s genetskim, životnim stilom i faktorima okoline, uključujući prehrambene navike, upotrebu rekreativnih droga, konzumiranje alkohola i kofeina, te izloženost zagađivačima iz okoline tokom prirodnog starenja [77,78] (vidi sliku 2).

Neplodnost je čest problem sa kojim se susreću parovi u reproduktivnom dobu. Odnosi se na nemogućnost začeća u bilo kojoj dobi, nakon mnogo godina braka. Imunitet je ključ za održavanje dobrog zdravlja, ali mnogi ljudi nisu svjesni da postoji i veza između imuniteta i neplodnosti. Ovaj članak će predstaviti odnos između neplodnosti i imuniteta kako bi pomogao ljudima da bolje razumiju ovu temu.

Prije svega, imunitet se odnosi na sposobnost da se odupre vanjskoj invaziji i zaštiti tijelo od oštećenja. Imuni sistem tijela može identificirati i eliminirati viruse, bakterije, gljivice i druge štetne tvari kako bi održao tjelesnu ravnotežu i zdravlje. Neplodnost je obično uzrokovana abnormalnošću ili disfunkcijom muškog i ženskog reproduktivnog sistema. Razlog za to može biti povezan sa imunološkim sistemom.

Jedan od mogućih uzroka je da imuni sistem napada zdravu spermu ili jajne ćelije, stanje poznato kao autoimuna neplodnost. Kada je imuni sistem preaktivan, on pogrešno smatra spermu ili jajne ćelije stranim osvajačima i napada ih. Ovo stanje obično dovodi do ponavljajućih pobačaja kod žena.

Imuni sistem takođe napada embrion, što dovodi do ponavljajućih pobačaja. Većina pobačaja je uzrokovana napadom imunološkog sistema embriona. Ovo stanje se naziva embrio-imuna neplodnost.

Drugi mogući uzrok je previše potisnut imuni sistem tako da ne može dovoljno efikasno da odgovori na štetne supstance. Ovo stanje može omogućiti bakterijama, virusima i drugim štetnim tvarima da uđu u tijelo, ugrožavajući zdravlje i plodnost. Osim toga, prekomjerna supresija imunološkog sistema može dovesti do imunodeficijencije neplodnosti.

Stoga je održavanje dobrog imunološkog sistema veoma važno. Neke jednostavne stvari mogu pomoći u jačanju vašeg imunološkog sistema, kao što je održavanje zdravog načina života, dovoljno ishrane, upravljanje stresom i dovoljno vježbanja. Osim toga, redovni zdravstveni pregledi i pravovremeno liječenje bolesti također su ključni za održavanje dobrog imuniteta.

Sve u svemu, odnos između imuniteta i neplodnosti je složen. Iako imuni sistem može biti uzrok neplodnosti, održavanje zdravog imunološkog sistema je takođe ključno za održavanje dobre plodnosti. Stoga, iako trenutno ne postoji siguran način da se garantuje lijek za neplodnost, održavanje dobrog imunološkog sistema može efikasno smanjiti rizik od neplodnosti. Sa ove tačke gledišta, moramo poboljšati imunitet. Cistanche može značajno poboljšati imunitet, jer je Cistanche bogat raznim antioksidativnim supstancama, kao što su vitamin C, karotenoidi itd. Ovi sastojci mogu ukloniti slobodne radikale i smanjiti oksidativni stres. Poboljšati otpornost imunološkog sistema.

Kliknite da saznate prah ekstrakta cistanche tubulosa

Kronične bolesti, uključujući dijabetes, često se karakteriziraju nereguliranom proizvodnjom ROS-a i posljedičnim oksidativnim oštećenjem povezanim s fragmentacijom DNK, citotoksičnošću i smrću spermatozoida. Ovo doprinosi neplodnosti, koju mogu ublažiti SeNP-ovi kod mišjih modela kroz mehanizam koji uključuje inhibiciju peroksidacije lipida i naknadno oštećenje DNK [79]. Drugi faktor koji doprinosi tome je da žene u razvijenim zemljama imaju tendenciju da odgađaju rađanje i začeće nakon vrhunca plodnosti, iako je dobro utvrđena ideja da plodnost ljudi opada sa starenjem [77].

Obimna istraživanja povezuju reproduktivne poremećaje i neplodnost s niskim statusom Se/Se deficitom, dok su rezultati potpomognutih reproduktivnih tehnologija (ART) kod životinja i ljudi s odgovarajućim nivoima seruma povezani s pozitivnim ishodima u začeću, sugerirajući da je odgovarajući nivo Se neophodan za reproduktivno zdravlje [65,80–82]. Ovo saznanje usmjerilo je savremene istraživačke interese na istraživanje suplementacije Se u eksperimentalnim životinjskim modelima iu praksi uzgoja životinja kako bi se poboljšale reproduktivne sposobnosti. Važno je napomenuti da je značajan dio ovog tipa istraživanja fokusiran na Se u obliku SeNP-a zbog njegove visoke bioraspoloživosti i relativno niske toksičnosti u poređenju s drugim oblicima Se (kao što je ranije spomenuto) i stoga ovaj dio pregleda detaljno opisuje upotrebu SeNP-a u istraživanju plodnosti.

In vitro oplodnja (IVF) je uobičajena tehnika u raznim stočarskim industrijama, kao što je živinarska industrija, za poboljšanje poželjnih genetskih kvaliteta i povećanje broja potomaka. Jedan od glavnih izazova za uspješnu IVF kod životinja je neuspjeh sazrijevanja oocita – ključni korak prije oplodnje, zbog izloženosti kisiku koja se manifestira kao pojačan oksidativni stres oocita [71,83]. Studije su pokazale da suplementacija sa SeNPs povećava brzinu sazrijevanja u oocitima in vitro putem regulacije GPx4 i antioksidansa superoksid dismutaze (SOD), pri čemu je efekat bio izraženiji u oocitima tretiranim SeNPs od 40 nm u poređenju sa onim od 67 nm zbog relativno veća površina i viši stepen ćelijske internalizacije manjih SeNP čestica. Zanimljivo je da su SeNP-ovi također poboljšali pluripotenciju i reprogramiranje oocita, što je obilježeno regulacijom gena razvojne kompetencije [71]. U daljnju potporu potencijalnoj bioaktivnosti za Sekularno dostavljeni Se, in vitro sazrijevanje goveđih oocita, integritet DNK oocita i koncentracija GSH, koju karakterizira povećana stopa ponovne ekspanzije blastocita in vitro, prikazani su nakon suplementacije sa 1 µg/mL svakog SeNP-a ili nano-cink oksida [83]. Zajedno, ovi izvještaji naglašavaju značaj SeNP-a u procesima koji su direktno povezani sa in vitro sazrevanjem i oplodnjom kroz mehanizam poboljšanog antioksidativnog kapaciteta i smanjenog oksidativnog stresa.

Drugi ključni korak u IVF-u i za ljude i za životinje je krioprezervacija sjemena – proces koji nužno uključuje ponovljene cikluse zamrzavanja i odmrzavanja, koji manifestira proizvodnju štetnog ROS-a i uzrokuje oksidativni stres koji zajedno smanjuje održivost sperme za više od 35 posto [84]. Pod ovim uslovima, studije su pokazale da dodatak SeNP značajno poboljšava kvalitet gameta tokom IVF procedura [83,85]. Na primjer, goveđe sperma dopunjena sa 0.5 i, 1.0 µg/mL SeNP-a prije krioprezervacije zabilježila je poboljšanu pokretljivost sperme nakon odmrzavanja i integritet membrane sa smanjenim oštećenjem DNK i, što je najvažnije, većom plodnošću stopa nego u kontroli [70]. Ovi zaštitni efekti pripisani su poboljšanom ukupnom antioksidativnom kapacitetu u sjemenoj plazmi praćenom smanjenom koncentracijom malondialdehida (MDA; uobičajeni marker oksidativnog oštećenja polinezasićenih masnih kiselina ćelijskih membrana) u prisustvu dodanog Se. Stoga, dodavanje SeNP dodatka ekstenderima sjemena/jajne stanice u protokolima IVF-a vjerovatno poboljšava antioksidativni status i čuva kvalitet gameta, i na kraju poboljšava stopu plodnosti.

Kao što je ranije spomenuto, kronična izloženost zagađivačima iz okoliša može dovesti do trajnog i nepovratnog oštećenja reproduktivnog sistema kroz indukciju oksidativnog stresa, oštećenja DNK, gubitak vitalnosti ćelije i povećanu apoptozu, a sve to može biti oslabljeno Se [{{0} }]. Na primjer, aflatoksin, toksin iz okoliša koji se nalazi u mišićima i jetri zbog bioakumulacije konzumiranjem poljoprivrednih proizvoda, uključujući mlijeko i jaja, pripisuje se izazivanju kancerogenih i imunosupresivnih efekata [87]. Nedavna studija je pokazala da SeNPs ublažavaju ozljedu testisa kod mužjaka miševa izloženih aflatoksinu B zbog njihove uloge u povećanju kapaciteta uklanjanja slobodnih radikala i smanjenju opterećenja ROS, čime štite spermatozoide i testise od peroksidacije lipida i apoptoze [88].

Bioaktivnost SeNP se takođe manifestuje kao poboljšana proizvodnja embriona kada je sperma muških miševa izloženih aflatoksinu B spojena sa zdravim oocitima tokom in vitro oplodnje [88]. Slično tome, druga studija je pokazala da su SeNPs spasili nekrozu izazvanu niklom u sjemenim tubulima putem regulacije enzimske aktivnosti GPx i smanjivanja proapoptotičkih faktora koji su inhibirali apoptozu posredovanu kaspazom, pokazujući antioksidativni potencijal i zaštitnu ulogu SeNP-a protiv oštećenja okoline testisa od strane metala testisa. [89]. Posljednjih godina povećan je fokus na kombinirane terapije koje kombiniraju cisplatin s antioksidansima za borbu protiv različitih nuspojava, uključujući disfunkciju testisa povezana s neplodnošću. Zanimljivo je da je primena SNP poboljšala histološke karakteristike i težinu testisa u prisustvu cisplatin-indukovane toksičnosti testisa [90]; još jednom ukazujući na potencijal SeNP-a da očuvaju održivu spermu.

Drugi glavni razlog za neplodnost je prisustvo industrijskih hemikalija u mnogim potrošačkim proizvodima koji su endokrini disruptori, pri čemu je dugotrajna izloženost takvim hemikalijama povezana sa reproduktivnom disfunkcijom [91,92]. Na primjer, bisfenol A (BPA) je ekološki toksin povezan s plastikom i povezan je s promicanjem neplodnosti [77]. Međutim, istodobna primjena Se kod miševa izloženih BPA poboljšala je antioksidativnu aktivnost i smanjila ekspresiju ER-2 gena uključenih u modulaciju apoptoze tokom spermatogeneze, spašavajući na taj način oštećenje testisa izazvano BPA i toksičnost [93]. Zaštitni efekti SeNP-a su nadmašili one suplementiranih (anorganskih) natrijum selenita, što je pokazano sposobnošću smanjenja proapoptotičkih mehanizama, fragmentacije DNK i odabranih nivoa ekspresije gena, nudeći moćnu strategiju za reproduktivnu zaštitu od egzogenih toksina.

Još jedan uobičajen endokrini disruptor povezan sa reproduktivnom toksičnošću i koji se intenzivno koristi u robi široke potrošnje je di-n-butil ftalat (DBP). Trudne ženke pacova izložene DBP-u i koje su primile SeNP rodile su muško potomstvo s povećanim nivoima testosterona, poboljšanim genima INSL3 i MR povezanim s funkcionalnošću Leydigovih stanica, poboljšanim antioksidativnim kapacitetom i smanjenim nivoima MDA kroz inhibiciju peroksidacije lipida, u usporedbi s onima životinje izložene samo DBP-u [76]. Stoga bi SeNP mogli biti potencijalni zaštitni dodatak koji se koristi protiv reproduktivne toksičnosti izazvane toksinima iz okoliša u općoj populaciji, posebno tokom kritičnih faza trudnoće.

2.3. Utjecaj nanočestica selena na rast

Dobro je utvrđena činjenica da intervencija ishrane utiče na rast i plodnost i antioksidativni status potomstva [50]. Važno je da je sve veća potražnja za ribom i mesom kao primarnim izvorima ishrane i težnja za visokokvalitetnom hranom sa povoljnim zdravstvenim karakteristikama potaknula nova istraživanja u poboljšanju ishrane kako bi se svet opskrbio poboljšanim kvalitetom hrane uz veće stope proizvodnje [72]. Nedavno je pažnja usmjerena na suplementaciju sa SeNP kao jednom od primarnih pristupa ishrani koji se koriste u akvakulturi, poljoprivredi i peradi [94].

Riba je primarni izvor životinjskih proteina u mnogim zemljama [95]. Međutim, rastuća potražnja potrošača i povećanje zagađenja okoliša doveli su do izazova u akvakulturi i nutricionističkim istraživanjima koja su neophodna za održivu opskrbu ribom i buduću sigurnost hrane na globalnom nivou [96]. Nilska tilapija, bogata omega-3 masnim kiselinama, jedna je od riba koje se najčešće konzumiraju u svijetu [97]. Studije koje su istraživale suplementaciju nilske tilapije sa 1 mg SeNPs/kg tjelesne težine pokazale su poboljšane performanse rasta mjereno većim povećanjem tjelesne težine u odnosu na kontrolu; međutim, ovo blagotvorno djelovanje SeNP-a bilo je ograničeno, jer ribe koje su suplementirane dozom iznad ili ispod 1 mg/kg nisu pokazivale pojačano povećanje težine [72].

Osim toga, riba sa dodatkom 1 mg SeNPs/kg tjelesne težine pokazala je poželjan profil masnih kiselina i istovremeno povećanje antioksidativnog potencijala što je pokazano višim sadržajem polinezasićenih masnih kiselina i značajno povećanom aktivnošću GPx. Ovi rezultati dodatno razjašnjavaju važnost doze Se upotrijebljene u stočnoj hrani i potencijal SeNP-a za poticanje rasta, a rezultati su također potvrđeni u intenzivnom uzgoju peradi [65]. Druga slična studija upoređivala je efekte SeNP sa efektima tradicionalnih oblika Se (organskih i neorganskih) koristeći Nilsku tilapiju [51].

Rezultati ove studije pokazali su da je riba koja je suplementirana sa SeNPs pokazala optimalni hematološki profil koristeći mjerenje hemoglobina, crvenih krvnih zrnaca i cirkulirajućih IgM nivoa, što ukazuje na poboljšanje zdravstvenog i imunološkog statusa kada se koristi ovaj oblik dijetetskog Se. Nadalje, SeNP-ovi su istovremeno poboljšali aktivnosti SOD, katalaze (CAT) i GPx i smanjili nivoe MDA u jetri, sugerirajući poboljšanu antioksidativnu odbranu jetre što je bilo u skladu s prethodnom studijom [72]. Osim toga, SeNPs su poboljšali zdravlje crijeva, što se pokazalo većom dužinom resica i brojem peharastih ćelija u sluznici debelog crijeva, što ukazuje na efikasniju probavu i korištenje hrane i poboljšanu zaštitu sluzokože ispod crijeva.

Ono što je važno, istraživanja su također pokazala da je Selje u ishrani povoljno poboljšao mikrobiom crijeva povećavajući obilje korisnih bakterija i ograničavajući rast nepoželjnih patogena [98]. U poređenju sa drugim metalnim nanočesticama, kao što su nanočestice srebra i zlata sa antimikrobnim svojstvima, SeNPs su relativno manje toksični jer su suštinski neophodni za metaboličke procese i prisutni su u biološkom sistemu [99,100].

Brojleri hranjeni sa 0.9 mg SeNPs/kg tjelesne težine utjecali su na rod crijevnih bakterija i poboljšali zdravlje crijeva, pokazujući povećano obilje korisnih bakterija, uključujući Lactobacillus i Faecalibacterium; fenotip koji je povezan sa povoljnom proizvodnjom metabolita, uključujući butirat [101]. Pod ovim istim uslovima suplementacije prehrani, proizvodnja kratkolančanih masnih kiselina je također bila pojačana, a to je bilo povezano s poboljšanim imunitetom i funkcijom sluznice debelog crijeva, uz srazmjerno smanjenje rizika od upale, dijabetesa i IBD-a. Uzeti zajedno, ovi rezultati sugeriraju potencijalnu primjenu SeNP-a u hrani za perad za postizanje korisnih zdravstvenih rezultata putem modifikacije crijevne mikrobiote.

Globalno zagrijavanje uzrokuje porast temperature mora što negativno utječe na rast, metabolizam i različite fiziološke funkcije vodenih životinja i na kraju smanjuje stopu preživljavanja. U ovim uslovima, uključeni mehanizam povećava proizvodnju slobodnih radikala i smanjuje oštećenje tkiva koje bi se moglo ublažiti suplementacijom SeNP [102]. Nadalje, nedavna studija je otkrila da suplementacija SeNP-a ublažila toplinski stres i poboljšala toplinsku toleranciju kod kalifornijske pastrmke kroz pojačanu regulaciju GPx i CAT aktivnosti i aktivaciju glutamat-glutaminskih puteva povezanih sa smanjenom proizvodnjom ROS i upalom [103]. Mikroskopski, fosfolipidna membrana kalifornijske pastrmke bila je integralnija zbog ublažavanja oksidativnog oštećenja izazvanog SeNP. Druga slična studija je pokazala da SeNPs promoviraju popravak proteina i inhibiraju apoptozu u kalifornijskoj pastrmki putem regulacije proteina toplotnog stresa i smanjenja proapoptotičkih proteina i sinteze kolesterola [104].

U poljoprivrednoj industriji, SeNPs su ublažili toplotni stres kod nerazvijene prasadi, koju karakteriziraju pojačane aktivnosti plazme SOD, CAT i GPx, povećani protuupalni IL-10 citokini i smanjeni nivoi oksidacijskog biomarkera MDA [68]. Još jedna nedavna studija utvrdila je ulogu SeNP-a u poboljšanju otpornosti biljaka na biološki stres kako bi se ograničila upotreba kemijskih pesticida gdje je potencijalna toksičnost kod ljudi inherentan rizik [105]. Nadalje, SeNP-ovi su poboljšali otpornost na invaziju patogena u biljkama dinje kroz povećane SOD i CAT aktivnosti i njihove nivoe mRNA, zajedno s povećanim APX i POD aktivnostima, što sugerira poboljšani antioksidativni kapacitet i uklanjanje ROS-a [106]. Pojačana fotosinteza u dinjama bila je praćena detekcijom povećane količine mitohondrija, hlorofila i vidljivog zadebljanja ćelijskih zidova. Uzeti zajedno, ovi rezultati su pokazali značaj SeNP-a u posredovanju u toleranciji toplotnog stresa putem poboljšanog antioksidativnog kapaciteta i tolerancije toplotnog i biološkog stresa, čime se poboljšava održivost bioloških organizama.

Brojne studije su dokumentovale da intervencija ishrane majke uz dodatak SeNP utiče na rast i plodnost i antioksidativni status potomstva [52,107]. U poređenju sa natrijum selenitom i selenskim kvascem, SeNPs su bili najefikasniji u povećanju proizvodnje jaja, težine jaja i omjera konverzije hrane kod kokoši nesilica, praćeni značajno povećanom koncentracijom Se u jajima, nivoima mRNA jetre GPx1 i aktivnosti GPx u serumu, te nižim nivoima MDA [66]. Zanimljivo je da su SeNPs poboljšali toleranciju kokošaka nosilja na deoksinivalenol (DON; gljivični toksin) najvjerovatnije kroz mehanizam pojačanja antioksidativne aktivnosti posredovanog SeNP-om [65]. Dakle, kokoši nosilje izložene DON-u i hranjene hranom obogaćenom SeNP-om pokazale su povećanu antioksidantnu odbranu i imunološki odgovor na DON, karakteriziran poboljšanim nivoima GPx-a, većom proizvodnjom jaja i zaštitom od oksidativnog oštećenja i stopom mekih ljuski ili napuknutih jaja.

Iako je odgovarajuća količina topline ključna za razvoj i rast embriona, visoke temperature inkubacije mogu negativno utjecati na valivost i rast brojlera [65]. Ipak, in ovo injekcija SeNP-a tokom kasne inkubacije kod brojlera značajno je povećala antioksidativni kapacitet i ublažila oksidativni stres, što se manifestiralo kao smanjeni nivoi kortizola i povećan omjer T3/T4, što ukazuje na smanjen toplotni stres i povećan metabolizam hormona štitnjače. Opet, ovi rezultati potvrđuju važnost i potencijalnu primjenu dodataka SeNP za poboljšanje proizvodnje i kvaliteta hrane u živinarskoj industriji.

2.4. Utjecaj nanočestica selena na bolesti i ljudsko zdravlje

Kao što je već spomenuto, Se posjeduje protuupalna i antioksidativna svojstva. Stoga je niz istraživanja istraživao efekte Se posebno u obliku SeNP-a na ublažavanje bolesti, uključujući dijabetičku nefropatiju [108], Alchajmerovu bolest [61] i leukemiju [109] in vitro i na životinjskim modelima.

Najčešće kronične bolesti povezane s prirodnim starenjem, uključujući dijabetes, Alchajmerovu bolest (AD), kardiovaskularne bolesti i karcinome, karakteriziraju povećana proizvodnja ROS, oksidativni stres i kronična upala. Kod dijabetičkih štakora, pokazalo se da SeNPs smanjuju proinflamatorne markere, uključujući nivoe IL-1 i TNF-a i nivoe MDA u bubrezima, što dovodi do nižeg oksidativnog stresa, na šta ukazuje poboljšana bubrežna funkcija zbog niže serumske uree i kreatinina zajedno sa smanjenim nivoom glukoze [108]. Nadalje, resveratrol (RSV), prirodna hemikalija koja se nalazi u grožđu sa neuroprotektivnim svojstvima, pokazala je maksimalne terapeutske efekte protiv AD kada je isporučena pacovima u RSV-SeNPs koktelu [110]. U smislu bioloških mehanizama djelovanja, sinergistička interakcija RSV-a i SeNP-a mogla bi bolje ublažiti peroksidaciju lipida, ublažiti poremećaje mitohondrijske membrane i vratiti nivoe antioksidativnih enzima u moždanim tkivima zahvaćenim AD. Pacovi sa AD koji su davani sa koktelom RSV-SeNPs pokazali su poboljšane simptome AD, prikazane poboljšanim nivoima acetilholina i poremećenom formiranjem A agregata, praćeno pojačanim klirensom A peptida, čime se inhibiraju lokalni inflamatorni odgovori.

Potencijalna terapijska korist aktivnosti SeNP protiv oksidativnog stresa i upale također je dokazana na modelu srčanog oksidativnog oštećenja i fibroze izazvane niskim razinama hormona štitnjače kod hipotireoidnih pacova [111]. Ovdje su SeNP-ovi primijenjeni u dozi od 150 µg/kg oslabili srčanu fibrozu i hipertrofiju kardiomiocita putem pojačanih aktivnosti CAT i SOD i nivoa tiola, sa smanjenim nivoima MDA u srčanom tkivu. Slično, u modelu za disfunkciju vaskularnih endotelnih ćelija i ozljede kod pacova izazvane homocisteinom, SeNPs, natrijum selenit i selenometionin su poboljšali vaskularni fenotip spašavanjem lokalnih nivoa GPx1 i GPx4 [112]. Primjetno, pod ovim uvjetima, SeNP-ovi su pokazali nižu toksičnost u usporedbi s drugim oblicima Se dok su održavali sličan nivo vazo-protekcije. Niža toksičnost SeNP-ova potvrđena je u drugoj studiji u kojoj je LD50 SeNP-a bio 18-put više od onog selenita u modelima miša, uz manje zadržavanje Se [113]. Ipak, SeNP-i kada se daju u istoj dozi kao i selenit ne samo da su smanjili nivoe TBARS (još jedan sekundarni marker lipidne peroksidacije), već su i povećali nivoe GSH.

Pored terapeutskih svojstava SeNP-a u kroničnim bolestima, izvještava se da kolski transport Se pokazuje ili sinergističke efekte s lijekovima protiv raka ili pokazuje antikancerogeno djelovanje specifično za ćelije raka, što ukazuje na manju toksičnost i kolateralna oštećenja zdravih stanica i tkiva. Na primjer, SeNPs promoviraju oticanje i lizu stanica u stanicama akutne mijeloične leukemije (AML) putem zaustavljanja ćelijskog ciklusa i apoptoze, dok pokazuju minimalnu toksičnost za hematopoetske matične stanice i T ćelije [109]. Značajno je da su SNP-ovi korišteni u ovoj studiji ugrađeni u nanocijevi koje se sastoje od polisaharida trostrukog heliksa -d-glukana (BFP) ekstrahiranog iz crne gljivice koja je podstakla adheziju na biološka tkiva, posljedično povećavajući stopu apsorpcije i zadržavanja BFP-SeNP. Slično, SeNP-ovi inkapsulirani u zlatnim nanokavezima su otpušteni u ciljna tkiva nakon zračenja i stimulirali su lokalnu apoptozu zbog ROS-inducirane mitohondrijalne disfunkcije, kada se koriste zajedno s lijekom protiv raka, što sugerira potencijalno ciljano oslobađanje SeNP-a [64]. Važno je da su SeNPs poboljšali efikasnost eliminacije ćelija raka u poređenju sa normalnim zdravim ćelijama, što je potvrdila druga studija [114]. Nadalje, povećanje selektivne apoptoze korištenjem SeNP-a također je pokazano kod raka dojke, pod eksperimentalnim uvjetima kulture gdje su SeNP-ovi dodavani ćelijama raka dojke in vitro 24 h prije tretmana zračenjem [115].

Kako bi se poboljšala selektivnost SeNP-a u sistemu za isporuku lijekova ciljanog na rak, istraživanje je pokazalo da SeNP-ovi vezani za folat (FA) prije punjenja lijeka protiv raka rutenijum polipiridil (RuPOP), efektivno povećavaju specifičnost lijeka tako da se RuPOP oslobađa samo u kiselo mikrookruženje (npr. želudac) kako bi se olakšalo oslobađanje lijeka na zahtjev [116]. Sve u svemu, ovi rezultati sugeriraju potencijalnu primjenu SeNP-a kao sinergističkog liječenja raka zbog njihove selektivnosti u promicanju smrti stanica raka, vjerovatno kroz aktivaciju SeNP-a na zaustavljanje ćelijskog ciklusa u G2/M fazi, metabolički stres i povećanu intracelularnu proizvodnju ROS-a u ćelije raka. Osim apoptotske aktivnosti SeNP-a protiv stanica raka, SeNP-ovi konjugirani s kvercetinom (Qu) i acetilkolinom (ACh) pokazuju antibakterijsku aktivnost protiv multirezistentnih superbakterica (MDR) uzrokujući nepovratno oštećenje ćelijskog zida bakterije nakon adhezije [63].

Kao što je ranije spomenuto, SeNPs bi mogli umanjiti negativne utjecaje okolišnih toksina i hemikalija koje su obično prisutne u komercijalnim proizvodima na plodnost, a njihovi korisni efekti mogu se pokazati i kod drugih bolesti. Nanočestice selena mogle bi obnoviti neurotoksičnost i motoričke deficite kod štakora izazvane pesticidom cipermetrinom (CYP) ublažavanjem oksidativnog stresa zbog metabolizma CYP u jetri koji uzrokuje ROS i oksidativni stres [117]. Neurotoksični miševi tretirani SeNP-ima pokazali su normalne ishode ponašanja koji su bili povezani s povećanim nivoima GABA i glutationa i nižim nivoima MDA i inflamatornih markera (TNF- i IL-1), čime su spriječili pretjeranu ekscitaciju CYP-a izazvanu neuronski sistem. Osim toga, SeNP-ovi su štitili jetru i bubrege od toksičnih efekata izazvanih široko korištenim analgetičkim lijekom, acetaminofenom, održavanjem integriteta DNK i poboljšanim antioksidativnim kapacitetom jetre, što je histološki podržano smanjenim jetrenim oksidativnim lezijama i obnovljenom ćelijskom strukturom jetre [62]. .

Zanimljivo je da je nedavna studija istraživala potencijalne analgetičke efekte SeNP-a kod upalnih poremećaja, jer upala potiče oslobađanje upalnih medijatora koji pobuđuju nociceptivne neurone što dovodi do lokalne upale i boli [118]. Uprkos antiinflamatornoj aktivnosti SeNPs podržanoj smanjenim brojem leukocita i proinflamatornim citokinima, uključujući prostaglandin, TBAR i NOx markere, SeNPs nisu imali uticaja na prag nocicepcije kod modela pacova.

2.5. Sinteza nanočestica selena

Dnevne potrebe za unosom sela koji su potrebni tijelu mogu se postići jedenjem hrane obogaćene selenom, uključujući povrće, žitarice i meso; ipak dnevne potrebe za Se možda neće biti dovoljno zadovoljene samo kroz ishranu [119]. U poređenju sa konvencionalnim oblicima suplementacije Se dostupnim na tržištu, SeNP-ovi nadmašuju organske i neorganske oblike Se u smislu bioaktivnosti i toksičnosti. U svjetlu potencijalne primjene SeNP-a u akvakulturi, peradi i industriji suplemenata za ljude, SeNP-ovi bi mogli postati novi oblik suplementacije Se [76]. Postoji nekoliko puteva za sintezu SeNP-ova, od kojih su najčešći tipovi hemijska sinteza koja koristi različite reagense i biosinteza koja uključuje biljke ili mikroorganizme za proizvodnju inkapsuliranog elementa u tragovima [120]. Za hemijsku metodologiju, metode pripreme SeNP-a i metode karakterizacije obe sintetičke metodologije su generalno standardizovane, međutim, priprema za biosintezu SeNP-a uveliko varira u zavisnosti od vrste biljaka i mikroorganizama koji se koriste, koji su sažeti i diskutovani ovde.

Za pripremu SeNP-a hemijskom sintezom, standardni protokol koji se koristi u većini studija uključivao je dodavanje 1 mL 25 mM rastvora NaSe u 4 mL glutationa (GSH) iste koncentracije koji sadrži 15 mg goveđeg serumskog albumina (BSA), nakon dodavanja stabilizirajućeg polimera i podešavanja pH na 7,2 [41,117]. Vrijedi napomenuti da se veličinom i površinskim nabojem SeNP-a može manipulirati promjenom pH otopine i količine BSA koja se koristi u procesu proizvodnje [3,121]. Konačna otopina koja je sadržavala SeNP proizvod je pročišćena dijalizom protiv dvostruko destilovane vode tokom 4 dana, a voda je svakodnevno zamijenjena kako bi se nusprodukt GSH izolirao od konačnog proizvoda. Morfologija i identitet konačnog proizvoda su okarakterisani i verifikovani difrakcijom rendgenskih zraka, stavljanjem malog uzorka obojenog fosfovolframnom kiselinom (2 procenta) na bakarnu rešetku i posmatranjem uzorka pod transmisijskom elektronskom mikroskopom (TEM). Druga metoda pripreme koristila je selen-dioksid (SeO2) rastvoren u destilovanoj vodi koja sadrži 0.2 posto polivinilpirolidona (PVP) da bi se dobio rastvor selene kiseline, koji je postao bistar nakon hlađenja u ledenom kupatilu [118]. Dodavanje ledeno hladnog 0.1 mol/L redukcionog agensa, kalijum borhidrida, inicirao je promjenu boje u otopini SeO2 iz bistre u žuto-narandžastu, što je indikativno za formiranje SeNP. Slično prethodno spomenutoj metodi karakterizacije, rezultirajući rastvor koji sadrži SeNP je zatim karakteriziran korištenjem tehnika dinamičkog raspršenja svjetlosti (DLS) i elektroforetskog raspršenja svjetlosti (ELS) kako bi se odredila vrijednost zeta potencijala i osigurala morfologija SeNP-ova. Veći zeta potencijal, bez obzira na predznak (tj. plus /−) ukazuje na stabilnost čestica i to se manifestuje kao povećana otpornost na agregaciju. Ovo se objašnjava nižom vrijednošću zeta potencijala, što znači da privlačne sile mogu premašiti međučestičnu odbojnost, a disperzija se može slomiti i formirati male grudvice/mase. Stoga je odgovarajuća vrijednost zeta potencijala kritična za formiranje i stabilnost SeNP-a [122].

Za biosintezu SeNP-a, nekoliko studija je koristilo tehniku ​​sličnu hemijskoj sintezi (opisano gore), ali su umjesto toga koristile biljke i askorbinsku kiselinu kao hemijski reduktor [76,113,123]. Vodotopivi i prirodni polimerni polisaharidi, kao što su hitozan, konjac glukomanan, guma bagrema, karboksimetil celuloza, glukan dobijen iz biljaka, kao što je crna gljiva [109], i Lentinus Edodes (šitake gljiva) [114], i korijenje biljaka, uključujući Withania somnifera [79], jer su odlični stabilizatori u sintezi dispergiranih koloidnih SeNP-ova [123]. Nanočestice selena proizvedene prema ovom protokolu koristile su otopinu selenske kiseline u smjesi koja sadrži polisaharide, kao što je celuloza, dajući vodenu suspenziju Se/celuloze koja je pomiješana sa askorbinskom kiselinom. Otopina askorbinske kiseline je polako dodavana u suspenziju Se/celuloze i snažno miješana sve dok suspenzija nije promijenila boju iz bijele u ciglanocrvenu/narandžastu kako su koloidi Se/celuloze i SeNP počeli da se formiraju. Konačni proizvod se zatim može odvojiti, pročistiti dijalizom i isprati vodom i 70 posto etanola kako bi se uklonio višak askorbinske kiseline i drugih nusproizvoda niske molekularne težine, zatim osušiti postupkom sušenja raspršivanjem kako bi se uklonila zaostala vlaga.

Druga slična studija koja istražuje antimikrobno djelovanje SeNP-a protiv superbakterica koristila je kvercetin (Qu), esencijalni biljni flavonoid prisutan u velikom broju voća, cvijeća i povrća zbog njegovih inherentnih antibakterijskih svojstava, kao i neurotransmiter acetilkolina (ACh) zbog njegove sposobnosti da kombinuju se sa receptorom prisutnim na ćelijskom zidu bakterije, čime se promoviše vezivanje Qu-ACh-SeNP-a za bakterije [63]. Za sintezu Qu-ACh-SeNP-ova, NaSe je pomiješan sa Qu rastvorenim u metanolu i ACh hloridu u prisustvu sirćetne kiseline 10 minuta u hladnim uslovima. Nakon dodavanja redukcionog agensa, natrijum borhidrida, smjesa je snažno miješana. Konačna crvena otopina je centrifugirana da bi se sakupio crveni talog, nakon čega je uslijedilo ponovljeno pranje sa PBS-om da bi se dobio konačni kompleksni Qu-ACh-SeNP proizvod.

Sinteza SeNP također može koristiti bakterijske ćelijske lizate [124] ili anaerobni granulirani mulj koji sadrži bakterije da biološki reducira biogene SeNP-ove koji stvaraju selenit [3]. Koraci za ovaj protokol uključuju prikupljanje biofilma granuliranog mulja iz anaerobnog reaktora za pokrivanje mulja koji tretira otpadnu vodu fabrike papira koji se zatim može koristiti u mikrobiološkoj konverziji rastvorljivih Se oksianiona u nerastvorljivi elementarni Se, koji je ugrađen u biogene SeNP, što je potvrđeno pojavom supstanca crvene boje. Mehanički, bakterije su sintetizirale SeNP ili denitrifikacijom selenita koja uključuje nitratne reduktaze i ćelijske kofaktore (prisutne u E. coli), redukcijom Se (IV) spojeva uključujući nitritne reduktaze (prisutne u Rhizobiumu) i selenat reduktazom koja je uključena u hemijsku redukciju selenat, ili redukcija selenita redukovanim tiolima, kao što je GSH (prisutan u eukariotskim ćelijama, cijanobakterijama i -, - i -grupama proteobakterija) [60]. Ovaj proces ima dodatnu potencijalnu korist od smanjenja ispuštanja mulja kontaminiranog Se u vodeni okoliš s obzirom na sve veću zabrinutost oko toksičnosti Se u vodenih životinja [57]. Zanimljivo je da su biogeni SeNP-ovi 32-put manje toksični od selenita i 10-put manje toksični od hemijski sintetiziranih SeNP-ova u embrionima zebrice kada se uporede vrijednosti LC50 [3].

Unatoč nižoj toksičnosti biogenih SeNP-ova u usporedbi s onom kemijski sintetiziranih SeNP-ova, jedan inherentni rizik povezan s ovim načinom sinteze je da bi značajna količina biogenih SeNP-a mogla ostati u bioreaktoru zbog njegove koloidne strukture što rezultira ispuštanjem u vodenu sredinu. [3]. Ipak, biogeni SeNP su manje toksični sa nižom biodostupnošću zbog prisustva ekstracelularnih polimernih supstanci, što smanjuje interakcije između nanočestica i bioloških organizama. Za razliku od upotrebe biološkog mulja u proizvodnji biogenih SeNP-ova, druge studije su koristile organe ribe, kao što su škrge [57]. U ovim studijama, homogenizirane riblje škrge su centrifugirane da bi se prikupio supernatant, koji je pomiješan sa 200 mL 2M natrijum selenita i mućkan neprekidno 36 h. Nakon centrifugiranja, sakupljene pelete su osušene i pohranjene na sobnoj temperaturi kako bi se kasnije mogle usitniti da formiraju bruto koloid koji je potreban za dodatak ishrani.

Kao što je ranije spomenuto, određeni SeNP-ovi mogu se koristiti kao sistem za isporuku lijeka kako bi se poboljšala selektivnost tereta između bolesnih i zdravih ćelija, gdje sinteza SeNP-a često uključuje upotrebu metalnih nanokaveza, uključujući zlato. Ovaj proizvodni proces uključuje dva koraka, (i) sintezu zlatnih nanokaveza, i (ii) umetanje selenske kiseline i materijala za promjenu faze (PCM), kao što je laurinska kiselina, u nanokaveze [64]. Prvo, srebrne nanokocke od 45 mm se pretvaraju u zlatne nanokaveze (AuNCs) kroz reakciju galvanske zamjene sa HAuCl4. Drugo, 1 mL AuNCs disperguje se u 0.5 mL metanola koji sadrži 0.3 g PCM (laurinske kiseline) i 0.2 g selenske kiseline, koja se miješa na 50 ◦C tokom 5 h, a zatim centrifugirano na 14,000 o/min da bi se dobili SeNP-ovi inkapsulirani u zlatnim nanokavezima koji se zatim mogu ponovo raspršiti u 1 mL dejonizovane vode da bi se dobio konačni proizvod. Slično tome, druga studija je pripremila dvije vrste nanočestica selena s kvantnim mehaničkim svojstvima koje su pokazale inhibiciju rasta u ćelijama raka indukcijom apoptoze i nekroze posredovane mitohondrijama [125]. Druga studija koja istražuje terapijske efekte poboljšanja SeNP-ova za lijek protiv raka, rutenijum polipiridil (RuPOP) konjugirani folat (FA) i SeNP-ove na RuPOP, proizvodeći FA-RuPOP-SeNPs, koji je sintetiziran na sličan način korištenjem askorbinske kiseline, natrijum selenita, i polisaharidnih polimera [116]. FA receptori su obično prekomjerno izraženi u ćelijama raka, što je karakteristika koja se može iskoristiti pri osmišljavanju lijekova protiv raka kako bi se olakšala isporuka i unos FA-RuPOP-SeNP-a od strane ćelija raka.

3. Zaključci
Dodatak ishrani SeNPs pokazao je niz prednosti u poljoprivredi i ljudima, sa superiornim performansama u odnosu na tradicionalne hemijske oblike dijetalnog Se. Stoga se sve više vidi kao inovativna i nova alternativa. Prepoznajući antioksidativna svojstva SeNP-a u ishrani, prednosti koje se pripisuju SeNP-ovima uključuju nižu toksičnost, poboljšane performanse rasta, poboljšanu kvalitetu ishrane, imunološke funkcije, poboljšane ukupne reproduktivne performanse, smanjeni oksidativni stres i upalu, poboljšani toplotni stres, neurotoksičnost i zagađivači životne sredine, povećan otpornost na infekcije, pomoćni efekti u kemoterapiji, selektivna apoptoza stanica raka, selektivna isporuka lijekova protiv raka i antibakterijsko djelovanje protiv superbakterica.

Međutim, i dalje su potrebne daljnje studije kako bi se razjasnila farmakološka aktivnost i sigurne doze zbog inherentnih bioloških i ekoloških varijacija, te različitog (osnovnog) statusa Se za životinje i ljude u različitim regijama svijeta. Gore navedene prednosti u kombinaciji sa višestrukim sintetičkim putevima koji se koriste za razvoj prilagođenih SeNP-a za upotrebu u intenzivnoj poljoprivredi, i kao potencijalni terapeutik za ljudske patologije, čine ovaj oblik Se glavnim kandidatom za dalja istraživanja. Međutim, pored ograničenih podataka o toksičnosti, trenutno postoji nedostatak kompletnih farmakokinetičkih podataka, uključujući unos SeNP u odnosu na poluživot i metabolizam, i akumulaciju SeNP-a ili metabolita u tkivu u odnosu na dozu. Kada bude dostupna potpunija farmakokinetička studija za optimalne oblike SeNP-a, daljnje testiranje ovih optimalnih sistema za isporuku Se zahtijevat će opsežna buduća istraživanja na ljudima koristeći randomizirane kontrolne studije.

Doprinosi autora:

Konceptualizacija, PKW i GA; softver, AM, AA i J.-YS; validacija, AA i AM; istraga, AA; resursi, AA; kuriranje podataka, AA i AM; pisanje – priprema originalnog nacrta, AA i AM; pisanje—pregled i uređivanje, PKW, J.-YS i GA; vizualizacija, AM; nadzor, PKW i GA; pribavljanje sredstava, PKW Svi autori su pročitali i složili se s objavljenom verzijom rukopisa.

finansiranje:

Ovo istraživanje je finansiralo Australsko istraživačko vijeće, grant broj "DP200102670" (dodijeljen PKW).

Izjava institucionalnog odbora za reviziju:

Nije primjenjivo na studije koje ne uključuju ljude ili životinje.

Priznanja:

Zahvaljujemo Belalu Chamiju na čitanju nacrta ovog rukopisa i na kritičkim povratnim informacijama.

Sukobi interesa:

Autori izjavljuju da nema sukoba interesa.

Reference

Mojadadi, A.; Au, A.; Salah, W.; Witting, P.; Ahmad, G. Uloga selena u metaboličkoj homeostazi i ljudskoj reprodukciji. Nutrients 2021, 13, 3256. [CrossRef] [PubMed]

2. Fordyce, FM Nedostatak selena i toksičnost u okolišu. In Essentials of Medical Geology; Springer: Berlin/Heidelberg, Njemačka, 2013; str. 375–416.

3. Mal, J.; Veneman, WJ; Nancharaiah, YV; van Hullebusch, ED; Peijnenburg, WJGM; Vijver, MG; Lens, PNL Poređenje sudbine i toksičnosti selenita, biogeno i kemijski sintetiziranih nanočestica selena za embriogenezu zebrice (Danio rerio). Nanotoxicology 2017, 11, 87–97. [CrossRef] [PubMed]

4. Krysiak, R.; Kowalcze, K.; Okopie ´n, B. Selenometionin pojačava uticaj vitamina D na autoimunost štitne žlezde kod eutireoidnih žena sa Hashimotovim tireoiditisom i niskim statusom vitamina 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. Značajna korisna povezanost visokog unosa selena u ishrani sa smanjenim tjelesnim mastima u studiji CODING. Nutrients 2016, 8, 24. [CrossRef]

6. Winther, KH; Rayman, MP; Bonnema, SJ; Hegedüs, L. Selen u štitnoj žlijezdi – osnovno znanje za kliničare. Nat. Rev. Endocrinol. 2020, 16, 165–176. [CrossRef]

7. Mutonhodza, B.; Joy, EJM; Bailey, EH; Lark, MR; Kangara, MGM; Broadley, MR; Matsungo, TM; Chopra, P. Veze između tla, usjeva, stoke i statusa ljudskog selena u podsaharskoj Africi: Pregled obima. Int. J. Food Sci. Technol. 2022, 57, 6336–6349. [CrossRef]

8. Wang, N.; Tan, H.-Y.; Li, S.; Xu, Y.; Guo, W.; Feng, Y. Dodavanje mikronutrijenata selena u metaboličkim bolestima: njegova uloga kao antioksidans. Oxidative Med. Cell. Longev. 2017, 2017, 7478523. [CrossRef]

9. Kryukov, GV; Castellano, S.; Novoselov, SV; Lobanov, AV; Zehtab, O.; Guigó, R.; Gladyshev, VN Karakterizacija selenoproteoma sisara. 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 Status selena i njegov odnos sa hormonima štitnjače kod gojaznih žena. Clin. Nutr. EUR. Soc. Clin. Nutr. Metab. 2021, 41, 398–404. [CrossRef]

11. Santos, AdC; Passos, AFF; Holzbach, LC; Cominetti, C. Unos selena i kontrola glikemije kod mladih odraslih osoba sa sindromom pretilosti normalne težine. Front. Nutr. 2021, 8, 696325. [CrossRef]

12. Dhillon, VS; Deo, P.; Fenech, M. Profil mikronutrijenata u plazmi slučajeva raka prostate je promijenjen u odnosu na zdrave kontrole Rezultati pilot studije u Južnoj Australiji. Rakovi 2022, 15, 77. [CrossRef]

13. Steevens, J.; van den Brandt, PA; Goldbohm, RA; Schouten, LJ Status selena i rizik od podtipova raka jednjaka i želuca: holandska kohortna studija. Gastroenterology 2010, 138, 1704–1713. [CrossRef]

14. Xue, G.; Liu, R. Povezanost između unosa selena ishranom i mineralne gustine kostiju u opštoj populaciji SAD. Ann. Transl. Med. 2022, 10, 869. [CrossRef]

15. Kang, D.; Lee, J.; Wu, C.; Guo, X.; Lee, BJ; Chun, J.-S.; Kim, J.-H. Uloga metabolizma selena i selenoproteina u homeostazi hrskavice i artropatijama. Exp. Mol. Med. 2020, 52, 1198–1208. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com