超声辅助咖啡叶提取物合成ZnO NPs用于负载芒果苷及其抗癌活性研究

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纳米氧化锌(ZnO NPs)具有抗癌和药物递送载体的重要功能。传统的物理和化学合成法存在污染大、耗能高和威胁人体健康等问题,而利用植物提取物绿色合成ZnO NPs具有高效、环保、无毒和成本低等优点。超声辅助合成ZnO NPs能够加快反应速率、减小粒径和提高产率。咖啡叶作为一种咖啡树的低值副产物含有丰富的多酚类化合物、糖和蛋白质等物质,因此能够为绿色合成ZnO NPs提供大量的还原剂、稳定剂、螯合剂和封盖剂。芒果苷(MGF)是一种具有抗癌和抗炎等活性的多酚类物质,但溶解度和生物利用度低,从而影响其生物活性。本论文研究超声辅助咖啡叶提取物绿色合成ZnO NPs的条件并解析合成的ZnO NPs的特征,然后用合成的ZnO NPs负载芒果苷并研究其对癌症细胞Hep G2和Caco-2的抑制作用。本文主要的研究结果如下:(1)通过单因素实验筛选出ZnO NPs产率最高的合成条件为:p H值8,咖啡叶与乙酸锌质量比1.71:1,超声时间10 min,超声频率28/40 k Hz,超声功率180W,合成温度30℃。此条件下ZnO NPs的产率(43.59%)显著高于对照组未经超声合成(41.45%)和化学方法合成的产率(24.79%)。因此,超声辅助咖啡叶提取物绿色合成法不仅可以缩短合成时间和降低合成温度,而且还能够提高ZnO NPs的合成产率。(2)通过比较超声和未经超声对照组两种反应体系中总酚含量(TPC),发现TPC在超声合成体系中降低了98.16%,其下降程度显著高于未经超声体系的97.10%。进一步分析植化成分发现多酚类化合物包括芒果苷、芦丁和绿原酸在这两个反应体系中降低了95.29%-100%,而葫芦巴碱和咖啡因的含量仅下降了18.47%-36.06%,表明多酚类化合物特别是5-咖啡酰奎宁酸(5-CQA)是合成ZnO NPs的主要还原剂和螯合剂。研究还发现5-CQA、葫芦巴碱和咖啡因在超声合成体系中的含量显著(P<0.05)低于未经超声体系。通过UV-Vis、SEM、EDX、TEM、FTIR、XRD和Zeta电位表征发现超声辅助合成的ZnO NPs的平均粒径为8.29nm,显著小于未超声合成(10.48 nm)和化学合成的粒径(17.15 nm)。三种方法合成的ZnO NPs均呈类似球形,均为六方晶系纤锌矿结构,结晶性好,纯度高。(3)MGF-ZnO NPs的载药量和包封率分别为3.66%和19.01%,132 h后的体外累积释放率为96.24%。MGF-ZnO NPs能显著降低Hep G2和Caco-2细胞的存活率;降低细胞内的p H值;增加细胞膜通透性从而提高乳酸脱氢酶(LDH)的释放率;增加细胞内的活性氧自由基(ROS)水平进而诱导细胞产生氧化应激;促进细胞染色质浓缩和细胞核裂解;提高细胞的总体凋亡比例以及使Hep G2和Caco-2细胞分别发生G2/M期和S期细胞周期阻滞。因此,MGF-ZnO NPs可增强对癌细胞的抑制作用,具有抗癌的应用前景。
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