Ви є тут

Біонанотехнологічні стратегії синтезу кон’югатів кверцетину з наночастинками селену з метою їх націлювання на сигнальний шлях Wnt/Ca2+

Одним із застосувань нанотехнологій є синтез наночастинок для цільової доставки ліків та профілактики захворювань. В аграрному секторі нанотехнології мають великі перспективи для покращення здоров'я та продуктивності тварин. У статті розглянуто переваги «зеленого» синтезу наночастинок селену, функціоналізованих флавоноїдом кверцетином, та їх потенціал у профілактиці захворювань кісток у бройлерів. Селен є важливим мікроелементом, який відіграє вирішальну роль у різних фізіологічних процесах, включаючи регуляцію метаболізму кісткової тканини. Його дефіцит може призвести до захворювань кісток, таких як остеопороз та остеомаляція. З іншого боку, було доведено, що кверцетин, природна рослинна сполука, має численні переваги для здоров’я, включаючи протизапальні, антиоксидантні та протиракові властивості. Однак біодоступність і стабільність кверцетину обмежені, що робить його терапевтичний потенціал складним для використання. Щоб подолати ці обмеження, розроблені біонанотехнологічні стратегії синтезу кон’югатів кверцетину з наночастинками селену. Такий підхід не тільки підвищує стабільність та біодоступність кверцетину, але й дозволяє цілеспрямовано доставляти його до певних тканин або клітинних шляхів. Функціоналізація наночастинок Селену флавоноїдом кверцетином сприяє впливу нанокон’югату на транскрипційні фактори Nrf2 та NF-kB, Wnt ключові шляхи, які регулюють тонкий баланс клітинного окислювально-відновного статусу та реакції на стрес і запалення, метаболізм Кальцію та Фосфору. У цьому випадку мішенню є сигнальний шлях Wnt - складний каскад процесів, що беруть участь у метаболізмі кісткової тканини. Встановлено, що синтезовані біокон'югати наноселен-кверцетин модулюють сигнальний шлях Wnt різними способами. По-перше, вони знижують активність білка β-катеніну, ключового регулятора сигнального шляху Wnt, сприяють підтриманню балансу між формуванням та резорбцією кісткової тканини, запобігаючи таким чином захворюванням кісток. По-друге, ці біокон'югати підвищують активність білка LRP6, рецептора Wnt, що ще більше посилює ефективність сигнального шляху. Нарешті, вони впливають на експресію генів, активованих сигнальним шляхом Wnt, таким чином регулюючи метаболізм кальцію та фосфору, важливих елементів для здоров'я кісток. Потенціал цих біонанотехнологічних стратегій величезний, особливо в сільськогосподарському секторі. Запобігаючи захворюванням кісток у бройлерів, можна значно підвищити профілактику захворювань та продуктивність птиці. Використання досягнень нанотехнологій може слугувати екологічною альтернативою використання антибіотиків та інших фармацевтичних препаратів, сприяючи загальному здоров'ю і благополуччю тварин. Таким чином, «зелений» синтез наночастинок селену, функціоналізованих кверцетином, пропонує перспективне рішення для таргетування сигнального шляху Wnt, регулювання метаболізму кальцію і фосфору та профілактики захворювань кісток у бройлерів. Цей біонанотехнологічний підхід не лише покращує стабільність та біодоступність кверцетину, й посилює його терапевтичний потенціал. Використовуючи потенціал нанотехнологій в аграрному секторі, ми можемо покращити здоров'я тварин, знизити рівень захворюваності та підвищити продуктивність, що в кінцевому підсумку принесе користь як тваринам, так і людям.

Ключові слова: біонанотехнологія, «зелений» синтез, фактор Nrf2, NF-kB, Wnt, β-катенін, Селен, Кальцій, Фосфор. «green»

 

  1. Adeyemi, J.O., Oriola, A.O., Onwudiwe, D.C., &Oyedeji, A.O. (2022). Plant extracts mediated metal-based nanoparticles: Synthesis and biological applications. Biomolecules, 12(5), 627 p. DOI:10.3390/ biom12050627
  2. Aoiadni, N., Ayadi, H., Jdidi, H., Naifar, M., Maalej, S., Makni, F.A., Koubaa, F.G. (2021). Flavonoid-rich fraction attenuates permethrin-induced toxicity by modulating ROS-mediated hepatic oxidative stress and mitochondrial dysfunction ex vivo and in vivo in rat. Environmental Science and Pollution Research, 28, pp. 9290–9312. DOI:10.1007/s11356-020-11250-9
  3. Bityutskyy, V.S., Tsekhmistrenko, I.S., Melnychenko, Yu.O. Tsekhmistrenko, S.I. (2023). The Wnt signaling pathway, calcium and phosphorus metabolism and the regulatory role of the flavonoid quercetin. Technologies, tools and strategies for implementing scientific research, pp. 97–100 (in Ukrainian).
  4. Bundy, K., Boone, J., Simpson, C.L. (2021). Wnt signaling in vascular calcification. Frontiers in Cardiovascular Medicine, 8, 708470. DOI:10.3389/ fcvm. 2021.708470
  5. De, A. (2011). Wnt/Ca2+ signaling pathway: a brief overview. Acta BiochimBiophys Sin, 43(10), pp. 745–756. DOI:10.1093/abbs/gmr079
  6. Dejen, K.D., Sabir, F.K., Ananda Murthy, H.C., Ayanie, G.T., Shume, M.S., Bekele, E.T. (2023). Green Synthesis of Nanomaterials for Environmental Remediation. In Green Nanoremediation: Sustainable Management of Environmental Pollution. Cham: Springer International Publishing, pp. 27–65.
  7. Demchenko, A., Bityutskyy, V., Tsekhmistrenko, S., Tsekhmistrenko, O., Kharchyshyn, V. (2022). Synthesis of functionalized selenium nanoparticles with the participation of flavonoids. Multidisciplinary academic notes. Theory, methodology and practice. In Proceedings of the ХVII International Scientific and Practical Conference. Tokyo, Japan, pp. 29–35. DOI:10.46299/ISG.2022.1.17 (in Ukrainian)
  8. Demchenko, А., Bityutskyy, V., Tsekhmistrenko, S., Melnichenko Yu., Kharchyshyn V. (2023). Effect of selenium nanoparticles obtained by the method of green synthesis with the participation of probiotics and flavonoids on metabolic and zootechnical parameters of broiler chickens. Modernization of today’s science: experience and trends: IV International Scientific and Theoretical Conference. Singapore, pp. 64–66.
  9. Duchartre, Y., Kim, Y. M., & Kahn, M. (2016). The Wnt signaling pathway in cancer. Critical reviews in oncology/hematology, 99, pp. 141–149. DOI:10.1016/j.critrevonc.2015.12.005
  10. KEGG Wnt signaling pathway – Homo sapiens (human). Available at:https://www.genome.jp/ pathway/hsa04310
  11. Kharchyshyn V., Melnichenko Yu., Shulko O., Onyshchenko L., Tsekhmistrenko S., Bityutskyy V. (2023). Eco-biotechnology: innovative approaches in poultry production. European scientific congress: IХ International Scientific and Practical Conference. Madrid, pp. 10–16.
  12. Kühl, M., Sheldahl, L. C., Park, M., Miller, J. R., Moon, R. T. (2000). The Wnt/ Ca2+ pathway: a new vertebrate Wnt signaling pathway takes shape. Trends in genetics, 16 (7), pp. 279–283. DOI:10.1016/S0168- 9525(00)02028-X
  13. Li, L., Peng, X., Qin, Y., Wang, R., Tang, J., Cui, X., Li, B. (2017). Acceleration of bone regeneration by activating Wnt/β-catenin signalling pathway via lithium released from lithium chloride/calcium phosphate cement in osteoporosis. Scientific reports, 7 (1), 45204. DOI:10.1038/srep45204
  14. Liu, J., Xiao, Q., Xiao, J., Niu, C., Li, Y., Zhang, X., et al. (2022). Wnt/β-catenin signalling: Function, biological mechanisms, and therapeutic opportunities. Signal. Transduct. Target. Ther. 7, 3 p. DOI:10.1038/s41392-021-00762-6
  15. Malik, S., Muhammad, K., Waheed, Y. (2023). Nanotechnology: A revolution in modern industry. Molecules, 28 (2), 661 p. DOI:10.3390/ molecules28020661
  16. McQuate, A., Latorre-Esteves, E., Barria, A. (2017). A Wnt/calcium signaling cascade regulates neuronal excitability and trafficking of NMDARs. Cell reports, 21 (1), pp. 60–69. DOI:10.1016/j.celrep.2017.09.023
  17. Nakamoto M, Hisaoka M. (2016). Clinicopathological Implications of Wingless/int1 (WNT) Signaling Pathway in Pancreatic Ductal Adenocarcinoma. J UOEH, 38 (1), pp. 1–8. DOI:10.7888/juoeh.38.1
  18. Narvaes, R.F., Nachtigall, E.G., Marcondes, L.A., Izquierdo, I., Myskiw, J.D.C., Furini, C.R. (2022). Involvement of medial prefrontal cortex canonical Wnt/β-catenin and non-canonical Wnt/Ca2+ signaling pathways in contextual fear memory in male rats. Behavioural Brain Research, 430, 113948. DOI:10.1016/ j.bbr.2022.113948
  19. Nusse, R., Varmus, H.E. (1982). Many tumors induced by the mouse mammary tumor virus contain a provirus integrated in the same region of the host genome. Cell, 31, pp. 99–109. DOI:10.1016/0092- 8674(82)90409-3
  20. Rogan, M.R., Patterson, L.L., Wang, J.Y., McBride, J.W. (2019). Bacterial manipulation of Wnt signaling: a host-pathogen tug-of-Wnt. Frontiers in immunology, 10, 2390. DOI:10.3389/fimmu.2019.02390
  21. Shah, K., Kazi, J.U. (2022). Phosphorylation-Dependent Regulation of WNT/Beta-Catenin Signaling. Frontiers in Oncology, 12, 858782. DOI:10.3389/fonc.2022.858782
  22. Shaker, J.L., Deftos, L. (2018). Calcium and phosphate homeostasis. Endotext [Internet]. Available at:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK279023/
  23. Tripathi, A., Prakash, S. (2022). Nanobiotechnology: Emerging trends, prospects, and challenges. Agricultural Nanobiotechnology, pp. 1–21. DOI:10.1016/B978-0-323-91908-1.00006-7
  24. Tsekhmistrenko, S.I., Bityutskyy, V.S., Tsekhmistrenko, O.S., Demchenko, O.A., Tymoshok, N.O., Melnychenko, O.M. (2022). Ecological biotechnologies of "green" synthesis of nanoparticles of metals, metaloxides, metalloids and the iruse. 270 p (in Ukrainian).
  25. Tymoshok, N.O., Demchenko, О.А., Bityutskyy, V.S., Tsekhmistrenko, S.I., Kharchuk, M.S., Tsekhmistrenko, О.S. (2023). Bionanotechnology of Selenite Ions Recovery into Nanoselenium by Probiotic Strains of Lactobacteria and Tolerance of Lactobacteria to Sodium Selenite. Microbiologial journal, 85 (4), pp. 9–20. DOI:10.15407/microbiolj85.04.009
  26. Wang, B., Wang, S., Ding, M., Lu, H., Wu, H., Li, Y. (2022). Quercetin regulates calcium and phosphorus metabolism through the Wnt signaling pathway in broilers. Frontiers in Veterinary Science, 8, 786519. DOI:10.3389/fvets.2021.786519
  27. Wang, D., Ali, F., Liu, H., Cheng, Y., Wu, M., Saleem, M. Z., Peng, J. (2022). Quercetin inhibits angiotensin II-induced vascular smooth muscle cell proliferation and activation of JAK2/STAT3 pathway: A target based networking pharmacology approach. Frontiers in Pharmacology, 13, 1002363. DOI:10.3389/ fphar.2022.1002363
  28. Xiao, Q., Chen, Z., Jin, X., Mao, R., Chen, Z. (2017). The Many Postures of Noncanonical Wnt Signaling in Development and Diseases. BioMed Pharmacother, 93, pp. 359–369. DOI:10.1016/j.biopha.2017.06.061
  29. Zhao, H., Ming, T., Tang, S., Ren, S., Yang, H., Liu, M., Xu, H. (2022). Wnt signaling in colorectal cancer: Pathogenic role and therapeutic target. Molecular cancer, 21(1), 144 p. DOI:10.1186/s12943-022- 01616-7
ДолученняРозмір
PDF icon bityutskyy_2_2023.pdf693.03 КБ