Fysiologiska fördelar med ny selenleverans via nanopartiklar del 2

2.2. Effekter av selennanopartiklar på fertilitet

Infertilitet är en multifaktoriell sjukdom som har ökat bland unga män och kvinnor över hela världen under de senaste decennierna [76]. Samtida bevis visar att reproduktionsstörningar vanligtvis är förknippade med genetiska, livsstils- och miljöfaktorer, inklusive kostvanor, användning av rekreationsdroger, alkohol- och koffeinkonsumtion och exponering för miljöföroreningar under naturligt åldrande [77,78] (se figur). 2).

Infertilitet är ett vanligt problem för par i reproduktiv ålder. Det hänvisar till oförmågan att bli gravid i alla åldrar, efter många års äktenskap. Immunitet är nyckeln till att upprätthålla god hälsa, men många människor är omedvetna om att det också finns ett samband mellan immunitet och infertilitet. Den här artikeln kommer att introducera förhållandet mellan infertilitet och immunitet för att hjälpa människor att bättre förstå detta ämne.

Först och främst hänvisar immunitet till förmågan att motstå extern invasion och skydda kroppen från skada. Kroppens immunförsvar kan identifiera och eliminera virus, bakterier, svampar och andra skadliga ämnen för att upprätthålla kroppens balans och hälsa. Infertilitet orsakas vanligtvis av en abnormitet eller dysfunktion i de manliga och kvinnliga reproduktionssystemen. Orsaken till detta kan vara relaterad till immunförsvaret.

En möjlig orsak är att immunsystemet angriper friska spermier eller ägg, ett tillstånd som kallas autoimmun infertilitet. När immunsystemet är överaktivt misstar det spermier eller ägg för främmande inkräktare och attackerar dem. Detta tillstånd resulterar vanligtvis i återkommande missfall hos kvinnor.

Immunförsvaret angriper också embryot, vilket leder till återkommande missfall. De flesta missfall orsakas av en attack av embryots immunsystem. Detta tillstånd kallas embryo-immun infertilitet.

En annan möjlig orsak är ett överdämpat immunförsvar så att det inte kan svara tillräckligt effektivt på skadliga ämnen. Detta tillstånd kan tillåta bakterier, virus och andra skadliga ämnen att invadera kroppen, vilket äventyrar hälsa och fertilitet. Dessutom kan överdämpning av immunsystemet leda till infertilitet med immunbrist.

Därför är det mycket viktigt att upprätthålla ett bra immunförsvar. Några enkla saker kan hjälpa till att stärka ditt immunförsvar, som att upprätthålla en hälsosam livsstil, få i sig tillräckligt med näring, hantera stress och träna tillräckligt. Dessutom är regelbundna hälsokontroller och snabb behandling av sjukdomar också nyckeln till att upprätthålla god immunitet.

Sammantaget är förhållandet mellan immunitet och infertilitet komplext. Även om immunförsvaret kan vara en orsak till infertilitet, är upprätthållande av ett hälsosamt immunförsvar också avgörande för att upprätthålla god fertilitet. Därför, även om det för närvarande inte finns något säkert sätt att garantera ett botemedel mot infertilitet, kan upprätthållande av ett bra immunförsvar effektivt minska risken för infertilitet. Ur denna synvinkel måste vi förbättra immuniteten. Cistanche kan avsevärt förbättra immuniteten, eftersom Cistanche är rik på en mängd olika antioxidantämnen, såsom vitamin C, karotenoider, etc. Dessa ingredienser kan rensa fria radikaler och minska oxidativ stress. Förbättra immunförsvarets motstånd.

Klicka för att veta cistanche tubulosa extraktpulver

Kroniska sjukdomar, inklusive diabetes, kännetecknas ofta av en oreglerad produktion av ROS och åtföljande oxidativ skada kopplad till DNA-fragmentering, cytotoxicitet och död av spermaceller. Detta bidrar till infertilitet, som kan dämpas av SeNPs i musmodeller genom en mekanism som inkluderar hämning av lipidperoxidation och efterföljande DNA-skada [79]. En annan bidragande faktor är att kvinnor i utvecklade länder tenderar att försena barnafödande och befruktning bortom maximal fertilitet, även om föreställningen att mänsklig fertilitet minskar med stigande ålder är väl etablerad [77].

Omfattande forskning har kopplat reproduktionsstörningar och infertilitet till låg Se-status/Se-brist, medan resultatet av assisterad reproduktionsteknologi (ART) hos djur och människor med lämpliga Se-serumnivåer var associerade med positiva resultat vid befruktning, vilket tyder på att en lämplig nivå av Se är avgörande för reproduktiv hälsa [65,80–82]. Denna kunskap har riktat samtida forskningsintressen till att utforska Se-tillskott i både experimentella djurmodeller och i djuruppfödning för att förbättra reproduktionsförmågan. Särskilt har en betydande del av denna typ av forskning fokuserats på Se i form av SeNPs på grund av dess höga biotillgänglighet och relativt låga toxicitet jämfört med andra Se-former (som nämnts tidigare) och därför beskriver denna del av recensionen användningen av SeNPs i fertilitetsforskning.

Provrörsbefruktning (IVF) är en vanlig teknik inom olika djurhållningsindustrier, såsom fjäderfäindustrin, för att förbättra de önskvärda genetiska egenskaperna och öka antalet avkommor. En av de största utmaningarna för framgångsrik IVF hos djur är misslyckandet med oocytmognad - ett avgörande steg före befruktning, på grund av syreexponering som manifesterar sig som ökad oocytoxidativ stress [71,83]. Studier har visat att tillskott med SeNP ökade mognadshastigheten i oocyter in vitro via uppreglering av GPx4 och superoxiddismutas (SOD) antioxidanter, där effekten var mer framträdande i oocyter behandlade med SeNP på 40 nm jämfört med 67 nm på grund av relativt större ytarea och en högre grad av cellulär internalisering av de mindre SeNPs-partiklarna. Intressant nog förbättrade SeNPs också pluripotensen och oocytomprogrammeringen, vilket markerades av uppregleringen av utvecklingskompetensgenen [71]. Som ytterligare stöd för den potentiella bioaktiviteten för vehikulärt levererat Se, visades in vitro bovin oocytmognad, oocyt-DNA-integritet och GSH-koncentration, kännetecknad av ökad återexpansionshastighet av blastocyter in vitro, alla efter tillskott med 1 µg/mL av varje av SeNP eller nano-zinkoxid [83]. Sammantaget understryker dessa rapporter betydelsen av SeNPs i processer kopplade direkt till in vitro-mognad och befruktning genom en mekanism av förbättrad antioxidantkapacitet och minskad oxidativ stress.

Ett annat nyckelsteg i IVF för både människor och djur är kryokonservering av sperma – en process som med nödvändighet involverar upprepade frys- och upptiningscykler, vilket manifesterar produktionen av skadlig ROS och orsakar oxidativ stress som tillsammans minskar spermiernas livsduglighet med mer än 35 procent [84]. Under dessa förhållanden har studier visat att SeNP-tillskott markant förbättrar gametkvaliteten under IVF-procedurer [83,85]. Till exempel registrerade sperma från nötkreatur kompletterad med 0.5 och, 1.0 µg/mL SeNP före kryokonservering förbättrad spermiemotilitet och membranintegritet efter upptining med minskad DNA-skada och viktigare, en högre fertilitet frekvens än kontrollen [70]. Dessa skyddande effekter tillskrevs den förbättrade totala antioxidantkapaciteten i sädesplasma åtföljd av minskad malondialdehydkoncentration (MDA; en vanlig markör för oxidativ skada på fleromättade fettsyror i cellmembran) i närvaro av tillsatt Se. Därför förbättrar tillägget av ett SeNP-tillskott till sperma/äggförlängare i IVF-protokoll troligen antioxidantstatusen och bevarar könscellernas kvalitet och förbättrar i slutändan fertiliteten.

Som tidigare nämnts kan kronisk exponering för miljöföroreningar leda till permanenta och irreversibla skador på reproduktionssystemen genom induktion av oxidativ stress, DNA-skada, förlust av cellviabilitet och ökad apoptos, som alla kan försvagas av Se [{{0} }]. Till exempel har aflatoxin, ett miljögift som finns i muskler och lever på grund av bioackumulering från konsumtion av jordbruksprodukter, inklusive mjölk och ägg, tillskrivits att inducera cancerframkallande och immunsuppressiva effekter [87]. En nyligen genomförd studie visade att SeNPs försvagade testikelskada hos aflatoxin B-exponerade hanmöss på grund av deras roll i att öka kapaciteten att rensa fria radikaler och minska bördan av ROS, och därigenom skydda spermier och testiklar från lipidperoxidation och apoptos [88].

SeNPs bioaktivitet manifesterade sig också som förbättrad embryoproduktion när spermier från aflatoxin B-exponerade hanmöss fusionerades med friska oocyter under provrörsbefruktning [88]. På liknande sätt visade en annan studie att SeNP:er räddade nickelinducerad nekros i seminiferösa tubuli via uppreglering av GPx enzymatisk aktivitet och nedreglering av proapoptotiska faktorer som hämmade kaspasmedierad apoptos, vilket visar SeNP:s antioxidantpotential och skyddande roll mot föroreningar av testikelskador. [89]. Under de senaste åren har det varit ett ökat fokus på kombinationsterapier som kombinerar cisplatin med antioxidanter för att bekämpa olika biverkningar, inklusive testikeldysfunktion kopplat till infertilitet. Intressant nog förbättrade SNP-administration de histologiska egenskaperna och vikten av testiklarna i närvaro av cisplatininducerad testikeltoxicitet [90]; återigen indikerar potentialen för SeNPs att bevara livskraftiga spermier.

En annan viktig orsak till infertilitet är förekomsten av industrikemikalier i många konsumentprodukter som är hormonstörande, där långvarig exponering för sådana kemikalier är förknippad med reproduktiv dysfunktion [91,92]. Till exempel är bisfenol A (BPA) ett miljögift förknippat med plast och har kopplats till att främja infertilitet [77]. Samtidig administrering av Se till möss exponerade för BPA förbättrade dock antioxidantaktiviteten och minskade ER-2-uttrycket av gener involverade i modulering av apoptos under spermatogenes, och räddade därigenom BPA-inducerad testikelskada och toxicitet [93]. De skyddande effekterna av SeNPs överträffade den för kompletterad (oorganisk) natriumselenit, vilket demonstreras av förmågan att minska proapoptotiska mekanismer, DNA-fragmentering och utvalda genuttrycksnivåer, vilket erbjuder en potent strategi för reproduktivt skydd mot exogena toxiner.

Ett annat vanligt hormonstörande ämne kopplat till reproduktionstoxicitet och som används i stor utsträckning i konsumentvaror är di-n-butylftalat (DBP). Gravida honråttor som exponerats för DBP och administrerades med SeNPs födde manliga avkommor med förhöjda testosteronnivåer, förbättrade INSL3- och MR-gener kopplade till Leydig-cellfunktionalitet, förbättrad antioxidantkapacitet och minskade nivåer av MDA genom hämning av lipidperoxidation, jämfört med de djur exponerade enbart för DBP [76]. Därför kan SeNPs vara ett potentiellt skyddande komplement som används mot reproduktionstoxicitet inducerad av miljögifter i den allmänna befolkningen, särskilt under de kritiska stadierna av graviditeten.

2.3. Effekter av selennanopartiklar på tillväxt

Det är ett väletablerat faktum att näringsintervention påverkar avkommans tillväxt och fertilitetsprestanda och antioxidantstatus [50]. Viktigt är att den ökande efterfrågan på fisk och kött som primära kostkällor och strävan efter högkvalitativa livsmedel med fördelaktiga hälsoegenskaper har inlett ny forskning inom näringsförbättring för att förse världen med en förbättrad kvalitet på mat till högre produktionshastigheter [72]. Nyligen har uppmärksamheten fokuserats på tillskott med SeNPs som en av de primära kostmetoderna som används inom vattenbruket, jordbruket och fjäderfäindustrin [94].

Fisk är en primär källa till animaliskt protein i många länder [95]. Den ökande konsumentefterfrågan och ökade miljöföroreningar har dock lett till utmaningar inom vattenbruk och näringsforskning som är avgörande för en hållbar tillgång på fisk och framtida livsmedelsförsörjning globalt [96]. Niltilapia, rik på omega-3-fettsyror, är en av de mest konsumerade fiskarna i världen [97]. Studier som undersöker tillskott av Nile tilapia med 1 mg SeNPs/kg kroppsvikt har visat förbättrad tillväxtprestanda mätt som en större viktökning jämfört med kontrollen; dock var denna fördelaktiga verkan av SeNPs begränsad, eftersom fisk kompletterad med en dos över eller under 1 mg/kg inte visade någon ökad viktökning [72].

Dessutom uppvisade fisk kompletterad med 1 mg SeNPs/kg kroppsvikt en önskvärd fettsyraprofil och samtidig förbättring av antioxidantpotentialen, vilket demonstreras av ett högre innehåll av fleromättade fettsyror respektive en signifikant ökad GPx-aktivitet. Dessa resultat belyser ytterligare betydelsen av dosen av Se som används i djurfoder och den tillväxtfrämjande potentialen hos SeNPs och resultaten bekräftades också i intensiv fjäderfäuppfödning [65]. En annan liknande studie jämförde effekterna av SeNPs med de traditionella Se-formerna (organiska och oorganiska) med hjälp av Nile tilapia [51].

Resultat från denna studie indikerade att fisk kompletterad med SeNPs visade den optimala hematologiska profilen med hjälp av mätningar av hemoglobin, röda blodkroppar och cirkulerande IgM-nivåer, vilket tyder på förbättrad hälsa och immunologisk status vid användning av denna form av dietary Se. Dessutom förbättrade SeNPs samtidigt SOD, katalas (CAT) och GPx-aktiviteter och minskade MDA-nivåer i levern, vilket tyder på förbättrat leverantioxidantförsvar vilket överensstämde med en tidigare studie [72]. Dessutom förbättrade SeNPs tarmhälsan, vilket visades av en större villuslängd och antalet bägareceller i tjocktarmens slemhinna, vilket indikerar effektivare matsmältning och användning av mat och förbättrat slemhinneskydd för den underliggande tarmen.

Viktigt är att forskning också har visat att Se i kosten förbättrade tarmmikrobiomet positivt genom att öka mängden nyttiga bakterier och begränsa tillväxten av oönskade patogener [98]. I jämförelse med andra metalliska nanopartiklar, såsom silver- och guldnanopartiklar med antimikrobiella egenskaper, är SeNPs relativt mindre toxiska eftersom de är väsentliga för metaboliska processer och finns i det biologiska systemet [99,100].

Broilerfåglar utfodrade med 0,9 mg SeNPs/kg kroppsvikt påverkade släktet av tarmbakterier och förbättrade tarmhälsan, vilket visade ett ökat överflöd av nyttiga bakterier, inklusive Lactobacillus och Faecalibacterium; en fenotyp som är kopplad till gynnsam metabolitproduktion, inklusive butyrat [101]. Under samma kosttillskottsförhållanden förbättrades också produktionen av kortkedjiga fettsyror, och detta var associerat med förbättrad immunitet och tjocktarmsslemhinnas funktion, med en motsvarande minskning av risken för inflammation, diabetes och IBD. Sammantaget antydde dessa resultat den potentiella tillämpningen av SeNPs i fjäderfäfoder för att producera fördelaktiga hälsoresultat via modifiering av tarmmikrobiotan.

Den globala uppvärmningen orsakar en ökning av havstemperaturen vilket negativt påverkar tillväxten, ämnesomsättningen och olika fysiologiska funktioner hos vattenlevande djur, och i slutändan minskar överlevnaden. Under dessa förhållanden ökar den involverade mekanismen produktionen av fria radikaler och minskar vävnadsskador som kan försvagas av SeNP-tillskott [102]. Dessutom fann en färsk studie att SeNP-tillskott lindrade värmestress och förbättrade termisk tolerans hos regnbåge genom uppreglering av GPx- och CAT-aktiviteter och aktivering av glutamat-glutaminvägar kopplade till minskad ROS-produktion och inflammation [103]. Mikroskopiskt var fosfolipidmembranet hos regnbåge mer integrerat på grund av SeNP-inducerad minskning av oxidativ skada. En annan liknande studie visade att SeNPs främjade proteinreparation och hämmade apoptos hos regnbåge via uppreglering av värmestressproteiner och nedreglering av proapoptotiska proteiner och kolesterolsyntes [104].

Inom jordbruksindustrin lindrade SeNP: er värmestress hos underutvecklade smågrisar, kännetecknad av förbättrade plasma SOD, CAT och GPx aktiviteter, ökat antiinflammatoriskt IL-10 cytokin och minskade nivåer av oxidationsbiomarkören MDA [68]. En annan nyligen genomförd studie fastställde SeNPs roll för att förbättra motståndskraften mot biologisk stress hos växter för att begränsa användningen av kemiska bekämpningsmedel där potentiell toxicitet hos människor var en inneboende risk [105]. Dessutom förbättrade SeNP: er motståndskraft mot patogeninvasion i melonväxter via ökade SOD- och CAT-aktiviteter och deras mRNA-nivåer tillsammans med ökade APX- och POD-aktiviteter, vilket tyder på förbättrad antioxidantkapacitet och ROS-rening [106]. Förbättrad fotosyntes i meloner åtföljdes av upptäckten av ett ökat överflöd av mitokondrier, klorofyll och påvisbar förtjockning av cellväggarna. Sammantaget visade dessa resultat betydelsen av SeNPs för att förmedla toleransen av värmestress via förbättrad antioxidantkapacitet och termisk och biologisk stresstolerans, och därigenom förbättra livsdugligheten hos biologiska organismer.

Flera studier har dokumenterat att moderns kostintervention med SeNP-tillskott påverkar avkommans tillväxt och fertilitetsprestanda och antioxidantstatus [52,107]. Jämfört med natriumselenit och selenjäst var SeNPs mest effektiva för att förbättra äggproduktionen, äggvikten och foderomvandlingsförhållandet hos värphöns, åtföljd av signifikant ökad Se-koncentration i ägg, GPx1-lever-mRNA-nivåer och serum-GPx-aktivitet och lägre MDA-nivåer [66]. Intressant nog ökade SeNPs toleransen hos värphöns mot deoxynivalenol (DON; ett svamptoxin) troligen genom en mekanism av SeNP-medierad förbättring av antioxidantaktivitet [65]. Sålunda visade värphöns exponerade för DON och utfodras med SeNP-tillsatt foder ökat antioxidantförsvar och immunsvar mot DON, kännetecknat av förbättrade GPx-nivåer, högre äggproduktion och skydd mot oxidativ skada och mängder av mjuka skal eller spruckna ägg.

Även om en lämplig mängd värme är nyckeln i embryonal utveckling och tillväxt, kan höga inkubationstemperaturer negativt påverka kläckbarheten och tillväxtprestandan hos broilers [65]. Ändå, in ovo-injektion av SeNPs under sen inkubation i broilers förbättrade antioxidantkapaciteten avsevärt och dämpade oxidativ stress, vilket manifesterades som minskade kortisolnivåer och ett ökat T3/T4-förhållande, vilket tyder på minskad värmestress och ökad metabolism av sköldkörtelhormon. Återigen förstärker dessa resultat betydelsen och potentiell tillämpning av SeNP-tillskott för att förbättra livsmedelsproduktionen och kvaliteten i fjäderfäindustrin.

2.4. Effekter av selennanopartiklar på sjukdomar och människors hälsa

Som tidigare nämnts har Se antiinflammatoriska och antioxiderande egenskaper. Således har en mängd forskning undersökt effekterna av Se specifikt i form av SeNPs på att lindra sjukdomar, inklusive diabetisk nefropati [108], Alzheimers sjukdom [61] och leukemi [109] in vitro och djurmodeller.

De vanligaste kroniska sjukdomarna kopplade till naturligt åldrande, inklusive diabetes, Alzheimers sjukdom (AD), hjärt-kärlsjukdomar och cancer kännetecknas av ökad ROS-produktion, oxidativ stress och kronisk inflammation. Hos diabetiska råttor har SeNP:er visat sig minska proinflammatoriska markörer, inklusive IL-1- och TNF-nivåer och njur-MDA-nivåer, vilket leder till lägre oxidativ stress, vilket indikeras av förbättrade njurfunktioner på grund av lägre serumurea och kreatinin tillsammans med minskade glukosnivåer [108]. Dessutom visade resveratrol (RSV), en naturligt förekommande kemikalie som finns i druvor med neuroprotektiva egenskaper, maximala terapeutiska effekter mot AD när det levererades till råttor i en RSV-SeNPs cocktail [110]. När det gäller biologiska verkningsmekanismer kan den synergistiska interaktionen mellan RSV och SeNP bättre dämpa lipidperoxidation, lindra mitokondriella membranstörningar och återställa nivåerna av antioxidantenzymer i AD-påverkade hjärnvävnader. Råttor med AD administrerade med RSV-SeNPs-cocktailen uppvisade förbättrade AD-symtom, visat genom förbättrade acetylkolinnivåer och störd bildning av A-aggregat åtföljd av förbättrad clearance av A-peptider, vilket hämmade de lokala inflammatoriska svaren.

Den potentiella terapeutiska fördelen med SeNP-aktivitet mot oxidativ stress och inflammation har också visats i en modell av hjärtoxidativ skada och fibros inducerad av låga nivåer av sköldkörtelhormon hos hypotyreoidea-råttor [111]. Här försvagade SeNPs administrerade vid 150 µg/kg hjärtfibros och hypertrofi av kardiomyocyter via förbättrade CAT- och SOD-aktiviteter och tiolnivåer, med dämpade MDA-nivåer i hjärtvävnader. På liknande sätt i en modell för vaskulär endotelcelldysfunktion och skada hos råttor inducerad av homocystein, förbättrade SeNPs, natriumselenit och selenometionin den vaskulära fenotypen genom att rädda lokala GPx1- och GPx4-nivåer [112]. Särskilt under dessa förhållanden uppvisade SeNP lägre toxicitet jämfört med andra Se-former samtidigt som de bibehöll en liknande nivå av vaso-skydd. Den lägre toxiciteten av SeNPs bekräftades i en annan studie där LD50 för SeNPs var 18-faldigt mer än för selenit i musmodeller, med mindre Se-retention [113]. Ändå minskade SeNPs när de administrerades i samma dos som selenit inte bara nivåerna av TBARS (en annan sekundär markör för lipidperoxidation), utan också förhöjda GSH-nivåer.

Förutom SeNP:s terapeutiska egenskaper vid kroniska sjukdomar, rapporteras fordonstransport av Se antingen visa synergistiska effekter med cancerläkemedel eller visa anticanceraktivitet specifik för cancerceller, vilket tyder på mindre toxicitet och kollateral skada på friska celler och vävnader. Till exempel främjade SeNPs svullnad och cellys i akut myeloid leukemi (AML) celler via cellcykelstopp och apoptos, samtidigt som de uppvisade minimal toxicitet för hematopoetiska stamceller och T-celler [109]. Noterbart var SNP som användes i denna studie inbäddade i nanorör bestående av trippel helix-d-glukan (BFP) polysackarid extraherad från en svart svamp som uppmuntrade vidhäftning till biologiska vävnader, vilket ökade BFP-SeNP absorption och retentionshastigheter. På liknande sätt släpptes SeNPs inkapslade i guld-nanokagar i målvävnader vid strålning och stimulerade lokal apoptos på grund av ROS-inducerad mitokondriell dysfunktion, när de används tillsammans med ett cancerläkemedel, vilket tyder på den potentiella riktade frisättningen av SeNPs [64]. Viktigt är att SeNPs förbättrade elimineringseffekten av cancerceller jämfört med normala friska celler, vilket bekräftades av en annan studie [114]. Dessutom har förbättringen av selektiv apoptos med hjälp av SeNPs också visats i bröstcancer, under experimentella odlingsförhållanden där SeNPs tillsattes till bröstcancerceller in vitro 24 timmar före strålbehandling [115].

För att öka selektiviteten för SeNPs i ett cancerriktat läkemedelslevereringssystem har forskning visat att SeNP:er kopplade till folat (FA) innan cancerläkemedlet rutenium polypyridyl (RuPOP) laddades, effektivt förbättrade läkemedelsspecificiteten så att RuPOP endast frisattes i en sur mikromiljö (t.ex. magsäcken) för att underlätta frisättning av läkemedel på begäran [116]. Sammantaget antyder dessa resultat den potentiella tillämpningen av SeNPs som en synergistisk cancerbehandling på grund av deras selektivitet för att främja cancercelldöd, troligen genom SeNPs aktivering vid cellcykelstopp i G2/M-fasen, metabolisk stress och ökad intracellulär ROS-produktion i cancerceller. Förutom den apoptotiska aktiviteten av SeNPs mot cancerceller, uppvisar SeNPs konjugerade till quercetin (Qu) och acetylkolin (ACh) antibakteriell aktivitet mot multidrug-resistenta superbugs (MDRs) genom att orsaka irreversibel skada på bakteriecellväggen vid adhesion [63].

Som tidigare nämnts kan SeNP:er dämpa de negativa effekterna av miljögifter och kemikalier som vanligtvis finns i kommersiella produkter på fertiliteten, och deras gynnsamma effekter kan också påvisas i andra sjukdomar. Selennanopartiklar kan återställa neurotoxicitet och motoriska underskott hos råttor inducerade med cypermetrin (CYP) pesticid genom att mildra den oxidativa stressen på grund av CYP-metabolism i levern som ger ROS och oxidativ stress [117]. Neurotoxiska möss behandlade med SeNP visade normala beteenderesultat som var kopplade till de ökade nivåerna av GABA och glutation och lägre nivåer av MDA och inflammatoriska markörer (TNF- och IL-1), vilket förhindrade den överdrivna CYP-inducerade exciteringen av neuronala systemet. Dessutom skyddade SeNPs levern och njurarna mot de toxiska effekterna inducerade av ett allmänt använt smärtstillande läkemedel, acetaminophen, via upprätthållande av DNA-integritet och förbättrad leverantioxidantkapacitet som histologiskt stöds av minskade leveroxidativa lesioner och återställd levercellstruktur [62] .

Intressant nog undersökte en nyligen genomförd studie de potentiella smärtstillande effekterna av SeNP vid inflammatoriska störningar, eftersom inflammation främjar frisättningen av inflammatoriska mediatorer som exciterar nociceptiva neuroner som leder till lokal inflammation och smärta [118]. Trots SeNPs antiinflammatoriska aktivitet stödd av minskat antal leukocyter och proinflammatoriska cytokiner, inklusive prostaglandin-, TBAR- och NOx-markörer, hade SeNPs ingen inverkan på den nociceptiva tröskeln i råttmodeller.

2.5. Syntes av selennanopartiklar

Det dagliga behovet av Se-intag som kroppen behöver kan erhållas genom att äta Se-berikad mat, inklusive grönsaker, spannmål och kött; men det dagliga behovet av Se kanske inte tillgodoses tillräckligt genom enbart diet [119]. Jämfört med de konventionella Se-tillskottsformerna som finns på marknaden överträffar SeNP:er de organiska och oorganiska Se-formerna när det gäller bioaktivitet och toxicitet. I ljuset av den potentiella tillämpningen av SeNPs i vattenbruket, fjäderfän och humantillskottsindustrin kan SeNP:er bli en ny form av Se-tillskott [76]. Det finns flera vägar för att syntetisera SeNPs, av vilka de vanligaste typerna är kemisk syntes som använder olika reagens och biosyntes som involverar växter eller mikroorganismer för att producera det inkapslade spårelementet [120]. För den kemiska metoden är beredningsmetoderna för SeNPs och karakteriseringsmetoderna för båda syntetiska metoderna generellt standardiserade, men förberedelserna för biosyntesen av SeNPs varierar mycket beroende på vilken typ av växter och mikroorganismer som används, som sammanfattas och diskuteras här.

För framställning av SeNP genom kemisk syntes innefattade standardprotokollet som användes av de flesta studier tillsats av 1 mL 25 mM NaSe-lösning till 4 mL glutation (GSH) av samma koncentration innehållande 15 mg bovint serumalbumin (BSA), efter tillägg av en stabiliserande polymer och pH-justering till 7,2 [41,117]. Det är värt att notera att storleken och ytladdningen av SeNP: er kan manipuleras genom att ändra pH i lösningen och mängden BSA som används i tillverkningsprocessen [3,121]. Den slutliga lösningen innehållande SeNP-produkten renades genom dialys mot dubbeldestillerat vatten under 4 dagar, och vattnet ersattes dagligen för att isolera biprodukten GSH från slutprodukten. Den slutliga produktens morfologi och identitet karakteriserades och verifierades med röntgendiffraktion, genom att placera ett litet prov färgat med fosfovolframsyra (2 procent) på ett koppargaller och titta på provet under transmissionselektronmikroskopi (TEM). En annan beredningsmetod använde selendioxid (SeO2) löst i destillerat vatten innehållande 0,2 procent polyvinylpyrrolidon (PVP) för att erhålla en selensyralösning, som blev klar vid kylning i ett isbad [118]. Tillsatsen av ett iskallt 0.1 mol/L reduktionsmedel, kaliumborhydrid, initierade en färgförändring i SeO2-lösningen från klar till gul-orange, vilket var indikativt på bildandet av SeNP. I likhet med karakteriseringsmetoden som nämnts tidigare, karakteriserades sedan den resulterande lösningen innehållande SeNPs med användning av dynamisk ljusspridning (DLS) och elektroforetisk ljusspridning (ELS) tekniker för att bestämma zetapotentialvärdet och tillhandahålla morfologin för SeNP:erna. Högre zetapotential, oavsett tecknet (dvs. plus /−) indikerar partikelstabilitet och detta visar sig som ett ökat motstånd mot aggregation. Detta förklaras av ett lägre värde för zetapotentialen, vilket innebär att attraktionskrafter kan överstiga interpartikelavstötningen, och dispersionen kan gå sönder och bilda små klumpar/massor. Därför är ett lämpligt zetapotentialvärde avgörande för bildandet och stabiliteten av SeNPs [122].

För biosyntesen av SeNPs använde flera studier en teknik som liknar de kemiska synteserna (beskrivna ovan) men använde istället växter och askorbinsyra som en kemisk reduktionsmedel [76,113,123]. Vattenlösliga och naturliga polymerpolysackarider, såsom kitosan, konjakglukomannan, akaciagummi, karboximetylcellulosa, glukan som härrör från växter, såsom svartsvamp [109], och Lentinus Edodes (shiitakesvamp) [114] och växtrötter, inklusive Withania somnifera [79], användes, eftersom de är utmärkta stabilisatorer i syntesen av dispergerade kolloidala SeNPs [123]. Selennanopartiklar tillverkade med hjälp av detta protokoll använde selensyralösning i en blandning innehållande polysackarider, såsom cellulosa, vilket gav en Se/cellulosavattensuspension som blandades med askorbinsyra. Askorbinsyralösningen sattes långsamt till Se/cellulosasuspensionen och omrördes kraftigt tills suspensionen ändrade färg från vit till tegelröd/orange när Se/cellulosakolloiderna och SeNP började bildas. Slutprodukten kunde sedan separeras, renas genom dialys och tvättas med vatten och 70 procent etanol för att avlägsna överskott av askorbinsyra och andra lågmolekylära biprodukter, och sedan torkas med användning av en spraytorkningsprocess för att avlägsna kvarvarande fukt.

En annan liknande studie som undersökte de antimikrobiella effekterna av SeNPs mot superbugs använde quercetin (Qu), en viktig växtflavonoid som finns i många frukter, blommor och grönsaker på grund av dess inneboende antibakteriella egenskaper, och även en acetylkolin (ACh) neurotransmittor på grund av dess förmåga att kombineras med receptorn som finns på bakteriens cellvägg, vilket främjar bindningen av Qu-ACh-SeNPs till bakterier [63]. För att syntetisera Qu-ACh-SeNPs blandades NaSe med Qu upplöst i metanol och ACh-klorid i närvaro av ättiksyra under 10 minuter under kalla förhållanden. Efter tillsats av ett reduktionsmedel, natriumborhydrid, omrördes blandningen kraftigt. Den slutliga röda lösningen centrifugerades för att samla upp den röda fällningen, följt av upprepad tvättning med PBS för att erhålla den slutliga komplexa Qu-ACh-SeNP-produkten.

Syntes av SeNP kan också använda bakteriecelllysat [124] eller anaerobt granulärt slam som innehåller bakterier för att biologiskt minska selenitbildande biogena SeNPs [3]. Stegen för detta protokoll inkluderar insamling av granulära slambiofilmer från en anaerob slamfiltreaktor som behandlar pappersbruks avloppsvatten som sedan kan användas i den mikrobiella omvandlingen av lösliga Se-oxianjoner till olösligt elementärt Se, vilket inkorporeras i biogena SeNP: er, vilket bekräftas av uppkomsten av ett rödfärgat ämne. Mekanistiskt syntetiserade bakterierna SeNP genom antingen selenit-denitrifikation som involverade nitratreduktaser och cellulära kofaktorer (närvarande i E. coli), reduktionen av Se (IV)-föreningar som involverade nitritreduktaser (närvarande i Rhizobium) och selenatreduktaser involverade i den kemiska reduktionen av selenat, eller selenitreduktion genom reducerade tioler, såsom GSH (finns i eukaryota celler, cyanobakterier och -, - och -grupperna av proteobakterierna) [60]. Denna process har den ytterligare potentiella fördelen att den minskar utsläppet av Se-förorenat slam i vattenmiljön med tanke på den ökande oron kring Se-toxicitet hos vattenlevande djur [57]. Intressant nog visade sig biogena SeNP:er vara 3,2-faldigt mindre toxiska än selenit och 10-faldigt mindre giftiga än kemiskt syntetiserade SeNP:er i zebrafiskembryon när man jämförde LC50-värden [3].

Trots den lägre toxiciteten för biogena SeNP:er jämfört med de kemiskt syntetiserade SeNP:er, är en inneboende risk förknippad med detta syntessätt att en betydande mängd biogena SeNP:er kan finnas kvar i bioreaktorn på grund av dess kolloidala struktur vilket resulterar i utsläpp till vattenmiljön [3]. Ändå är biogena SeNP: er mindre toxiska med lägre biotillgänglighet på grund av närvaron av extracellulära polymera ämnen, vilket minskar interaktionerna mellan nanopartiklar och biologiska organismer. I motsats till att använda biologiskt slam för att producera biogena SeNP, har andra studier använt fiskorgan, såsom gälar [57]. I dessa studier centrifugerades homogeniserade fiskgälar för att samla upp supernatanten, som blandades med 200 ml 2M natriumselenit och skakades kontinuerligt i 36 timmar. Efter centrifugering torkades de skördade pelletsen och förvarades vid rumstemperatur så att de senare kunde krossas för att bilda en grov kolloid som krävs för kosttillskott.

Som nämnts tidigare kan utsedda SeNP: er användas som ett läkemedelsleveranssystem för att förbättra selektiviteten hos lasten mellan sjuka och friska celler, där syntes av SeNP ofta involverar användning av metallnanocages, inklusive guld. Denna tillverkningsprocess involverar två steg, (i) syntesen av guld-nanocages och (ii) laddningen av selensyra och fasförändringsmaterial (PCM), såsom laurinsyra, i nanocages [64]. För det första omvandlas silver nanokuber på 45 mm till guld nanocaages (AuNCs) genom en galvanisk ersättningsreaktion med HAuCl4. För det andra dispergeras 1 mL AuNCs i 0,5 mL metanol innehållande 0,3 g PCM (laurinsyra) och 0,2 g selensyra, som omrörs vid 50 ◦C i 5 timmar och centrifugeras sedan vid 14,000 rpm för att erhålla SeNP:er inkapslade i guld-nanocages som sedan kan återdispergeras i 1 mL avjoniserat vatten för att erhålla slutprodukten. På liknande sätt förberedde en annan studie två typer av selennanopartiklar med kvantmekaniska egenskaper som visade tillväxthämning i cancerceller genom induktion av mitokondriermedierad apoptos och nekros [125]. En annan studie som undersöker de terapeutiska förstärkningseffekterna av SeNPs för cancerläkemedlet, ruteniumpolypyridyl (RuPOP) konjugerat folat (FA) och SeNPs till RuPOP, vilket producerar FA-RuPOP-SeNPs, som syntetiserades på ett liknande sätt med askorbinsyra, natriumselenit, och polysackaridpolymerer [116]. FA-receptorer är vanligtvis överuttryckta i cancerceller, vilket är en egenskap som kan utnyttjas när man utarbetar cancerläkemedelsbehandlingar för att underlätta leverans och upptag av FA-RuPOP-SeNPs av cancerceller.

3. Slutsatser
Kosttillskott av SeNPs har visat en rad fördelar inom jordbruket och människor, med överlägsen prestanda jämfört med traditionella kemiska former av diet Se. Därför ses det alltmer som ett innovativt och nytt alternativ. Genom att erkänna antioxidantegenskaperna hos SeNP i kosten inkluderar de fördelar som tillskrivs SeNP:er lägre toxicitet, förbättrad tillväxtprestanda, förbättrad näringskvalitet, immunfunktioner, förbättrad total reproduktionsförmåga, minskad oxidativ stress och inflammation, förbättrad värmestress, neurotoxicitet och miljöföroreningar, ökad resistens mot infektioner, assisterande effekter vid kemoterapi, selektiv apoptos av cancerceller, selektiv leverans av cancerläkemedel och antibakteriella effekter mot superbuggar.

Ytterligare studier krävs dock fortfarande för att klarlägga farmakologisk aktivitet och säkra doser på grund av inneboende biologiska och miljömässiga variationer, och den olika (baslinje) Se-statusen för djur och människor i olika delar av världen. De fördelar som nämns ovan i kombination med de multipla syntetiska vägarna som används för att utveckla skräddarsydda SeNPs för användning i intensivt jordbruk, och som potentiella terapeutika för mänskliga patologier, gör denna form av Se till en främsta kandidat för vidare forskning. Men förutom begränsade toxicitetsdata finns det för närvarande en brist på fullständiga farmakokinetiska data, inklusive SeNP-upptag vs. halveringstid och metabolism, och ackumulering av SeNP eller en metabolit i vävnad vs. dosering. När en mer komplett farmakokinetisk studie är tillgänglig för optimala former av SeNP, kommer ytterligare testning av dessa optimala Se-leveranssystem att kräva omfattande framtida studier på människor med hjälp av randomiserade kontrollstudier.

Författarbidrag:

Konceptualisering, PKW och GA; mjukvara, AM, AA och J.-YS; validering, AA och AM; utredning, AA; resurser, AA; datakurering, AA och AM; skrivande—förberedelse av originalutkast, AA och AM; skrift—granskning och redigering, PKW, J.-YS och GA; visualisering, AM; övervakning, PKW och GA; finansieringsförvärv, PKW Alla författare har läst och samtyckt till den publicerade versionen av manuskriptet.

Finansiering:

Denna forskning finansierades av The Australian Research Council, anslagsnummer "DP200102670" (tilldelad PKW).

Uttalande av institutionell granskningsnämnd:

Ej tillämpligt på studier som inte involverar människor eller djur.

Erkännanden:

Vi tackar Belal Chami för att ha läst utkastversionerna av detta manuskript och för kritisk feedback.

Intressekonflikt:

Författarna förklarar ingen intressekonflikt.

Referenser

Mojadadi, A.; Au, A.; Salah, W.; Witting, P.; Ahmad, G. Roll för selen i metabolisk homeostas och mänsklig reproduktion. Näringsämnen 2021, 13, 3256. [CrossRef] [PubMed]

2. Fordyce, FM Selenbrist och toxicitet i miljön. I Essentials of Medical Geology; Springer: Berlin/Heidelberg, Tyskland, 2013; s. 375–416.

3. Mal, J.; Veneman, WJ; Nancharaiah, YV; van Hullebusch, ED; Peijnenburg, WJGM; Vijver, MG; Lens, PNL En jämförelse av ödet och toxiciteten hos selenit, biogeniskt och kemiskt syntetiserade selennanopartiklar med embryogenes av zebrafisk (Danio rerio). Nanotoxicology 2017, 11, 87–97. [CrossRef] [PubMed]

4. Krysiak, R.; Kowalcze, K.; Okopie ´n, B. Selenometionin potentierar inverkan av vitamin D på sköldkörtelautoimmunitet hos euthyroidkvinnor med Hashimotos tyreoidit och låg D-vitaminstatus. 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. Significant Beneficial Association of High Dietary Selenium Intake with Reduced Body Fat in CODING Study. Näringsämnen 2016, 8, 24. [CrossRef]

6. Winther, KH; Rayman, MP; Bonnema, SJ; Hegedüs, L. Selen i sköldkörteln – Viktig kunskap för läkare. 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. Kopplingar mellan jord, gröda, boskap och mänskligt selenstatus i Afrika söder om Sahara: En omfattningsgranskning. Int. J. Food Sci. Technol. 2022, 57, 6336–6349. [CrossRef]

8. Wang, N.; Tan, H.-Y.; Li, S.; Xu, Y.; Guo, W.; Feng, Y. Tillägg av mikronäringsselen i metabola sjukdomar: dess roll som antioxidant. Oxidativ Med. Cell. Longev. 2017, 2017, 7478523. [CrossRef]

9. Kryukov, GV; Castellano, S.; Novoselov, SV; Lobanov, AV; Zehtab, O.; Guigó, R.; Gladyshev, VN Karakterisering av däggdjursselenoproteomer. 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 Selenstatus och dess förhållande till sköldkörtelhormoner hos överviktiga kvinnor. Clin. Nutr. Eur. Soc. Clin. Nutr. Metab. 2021, 41, 398–404. [CrossRef]

11. Santos, AdC; Passos, AFF; Holzbach, LC; Cominetti, C. Selenintag och glykemisk kontroll hos unga vuxna med normalviktssyndrom. Främre. Nutr. 2021, 8, 696325. [CrossRef]

12. Dhillon, VS; Deo, P.; Fenech, M. Plasmamikronäringsprofilen för prostatacancerfall har förändrats i förhållande till friska kontroller Resultat av en pilotstudie i södra Australien. Cancers 2022, 15, 77. [CrossRef]

13. Steevens, J.; van den Brandt, PA; Goldbohm, RA; Schouten, LJ Selenstatus och risken för esofagus- och magcancersubtyper: Nederländernas kohortstudie. Gastroenterology 2010, 138, 1704–1713. [CrossRef]

14. Xue, G.; Liu, R. Samband mellan intag av selen i kosten och bentäthet i den allmänna befolkningen i USA. Ann. Transl. Med. 2022, 10, 869. [CrossRef]

15. Kang, D.; Lee, J.; Wu, C.; Guo, X.; Lee, BJ; Chun, J.-S.; Kim, J.-H. Rollen av selenmetabolism och selenoproteiner i broskhomeostas och artropatier. Exp. Mol. Med. 2020, 52, 1198–1208. [CrossRef]

For more information:1950477648nn@gmail.com