Ви є тут

Головна » БТФ №2 2022

Використання відходів сільськогосподарського виробництва у біонанотехнології синтезу функціоналізованих наночастинок селену

Розглянуто застосування нанотехнологічних інновацій щодо підвищення ефективності діїбіофлавоноїда кверцетину. Здатність до функціоналізації за допомогою специфічних лігандів, які націлені на певні органи або клітини, дуже важлива, оскільки можна збільшити концентрацію кверцетину на бажаному цільовому рівні, одночасно зменшуючи побічні ефекти.Кверцетин, як флавоноїдний антиоксидант, широко використовується для зменшення оксидативного стресу та активації важливих сигнальних шляхів у клітинах. Однак погана розчинність у воді, інтенсивний метаболізм першого проходження обмежують його застосування. Представлена стратегія розробки нанокомпозитів, яка передбачає поєднання кверцетину, одержаного з відходів сільськогосподарського виробництва, з наночастинками селену. Результати invitro продемонстрували, що кверцетин-наноселен має високу розчинність у воді порівняно з окремими флавоноїдами. Доведено, що наночастинки кверцетин-наноселену здатні довідновлення радикалів 1,1-дифеніл-2-пікрилгідразилу (DPPH) та характеризуються високою антиоксидантною активністю. Здатність функціоналізації наночастинок за допомогою специфічних лігандів, які націлені на модуляцію специфічних сигнальних шляхів (Keap1/Nrf2/ARE, Nf-kB, mTOR) у окремих клітинах, дуже важлива, оскільки дозволяє збільшити концентрацію кверцетину на бажаному рівні, одночасно зменшуючи побічні ефекти. Зважаючи на сприятливий вплив кверцетину, розроблена стратегія, яка передбачає використання наночастинок селену для доставки кверцетину специфічним і контрольованим способом. Перспективним є дослідження у цьому напрямку, так як сприятимуть з’ясуванню доцільності використання таких наносистем, які не одержали ще широкого застосування. Використання відходів цибулі та її екстрактів у біотехнології, біомедицині, фармацевтиці та агропромисловому секторі може стати оптимальним рішенням для зменшення шкоди навколишньому середовищу. Окрім того це забезпечить економічно обумовлену альтернативу для виробництва кормових добавок для тварин та птиці. Сполуки кверцетину із наноселеном повинні зайняти достойне місце у клінічній медичній практиці, біології та сільському господарстві. Корисні ефекти кверцетину можуть бути додатково посилені за допомогою нанотехнологій, що сприятиме ефективному застосуванню цієї сполуки з таким великим біологічним потенціалом.

Ключові слова: нанобіотехнології, Селен, відходи,лушпиння цибулі, 1,1-дифеніл-2-пікрилгідразил, антирадикальна активність.

БІТЮЦЬКИЙ В.С. https://orcid.org/0000-0002-2699-3974


ЦЕХМІСТРЕНКО С.І. https://orcid.org/0000-0002-7813-6798


ДЕМЧЕНКО О.А. https://orcid.org/0000-0003-1457-143X


ЦЕХМІСТРЕНКО О.С. https://orcid.org/0000-0003-0509-4627


МЕЛЬНИЧЕНКО О.М. https://orcid.org/0000-0001-5462-508X


ОЛЕШКО О.А. http://orcid.org/0000-0001-9190-0861


МЕЛЬНИЧЕНКО Ю.О.


  1. Abdullah, H.S.T.S.H., Asseri, S.N.A.R.M., Mohamad, W.N.K.W., Kan, S.Y., Azmi, A.A., Julius, F.S.Y., Chia, P.W. (2021). Green synthesis, characterization and applications of silver nanoparticle mediated by the aqueous extract of red onion peel. Environmental Pollution, 271, 116295 p. DOI:10.1016/j. envpol.2020.116295
  2. Benítez, V., Mollá, E., Martín-Cabrejas, M.A., Aguilera, Y., López-Andréu, F. J., Cools, K., Esteban, R. M. (2011). Characterization of industrial onion wastes (Allium cepa L.): dietary fibre and bioactive compounds. Plant foods for human nutrition. 66(1), pp. 48–57. DOI:10.1007/s11130-011-0212-x
  3. Bibi Sadeer, N., Montesano, D., Albrizio, S., Zengin, G., Mahomoodally, M. F. (2020). The versatility of antioxidant assays in food science and safety – Chemistry, applications, strengths, and limitations. Antioxidants, 9(8), 709 p. DOI:10.3390/antiox9080709
  4. Bityutsky, V.S., Tsekhmistrenko, S.I., Tsekhmistrenko, О.S., Tymoshok, N.O., Spivak, M.Y. (2020). Regulation of redox processes in biological systems with the participation of the Keap1/Nrf2/ARE signaling pathway, biogenic selenium nanoparticles as Nrf2 activators. Regulatory Mechanisms in Biosystems. 11(4), pp. 483–493. DOI:10.15421/022074
  5. Bityutskyy, V., Tsekhmistrenko, S., Tsekhmistrenko, O., Oleshko, O.A., Heiko, L.M. (2020). Influence of selenium on redox processes, selenoprotein metabolism and antioxidant status of aquaculture facilities. Taurian Scientific Bulletin. Agricultural sciences. Issue 114, pp. 231–240. DOI:10.32851/2226- 0099.2020.114.28 (in Ukrainian)
  6. Borges Bubols, G., da Rocha Vianna, D., Medina-Remon, A., von Poser, G., Maria Lamuela-Raventos, R., Lucia Eifler-Lima, V., Cristina Garcia, S. (2013). The antioxidant activity of coumarins and flavonoids. Mini reviews in medicinal chemistry. 13(3), pp. 318–334. DOI:10.2174/ 138955713804999775
  7. Borghi, S.M., Mizokami, S.S., Pinho-Ribeiro, F.A., Fattori, V., Crespigio, J., Clemente-Napimoga, J.T., Verri Jr, W.A. (2018). The flavonoid quercetin inhibits titanium dioxide (TiO2)-induced chronic arthritis in mice. The Journal of Nutritional Biochemistry, 53, pp. 81–95. DOI:10. 1016/j.jnutbio. 2017.10.010
  8. Cao, J.H., Xue, R., He, B. (2021). Quercetin protects oral mucosal keratinocytes against lipopolysaccharide-induced inflammatory toxicity by suppressing the AKT/A. pp. 519–526. DOI:10.1080/08923973 .2021.1948565
  9. Casagrande, R., Georgetti, S.R., Verri Jr, W.A., Dorta, D.J., dos Santos, A.C., Fonseca, M.J. (2006). Protective effect of topical formulations containing quercetin against UVB-induced oxidative stress in hairless mice. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology, 84(1), pp. 21–27. DOI:10.1016/j. jphotobiol.2006.01.006
  10. Cho, S.Y., Park, S.J., Kwon, M.J., Jeong, T.S., Bok, S.H., Choi, W.Y., Jeong, K.S. (2003). Quercetin suppresses proinflammatory cytokines production through MAP kinases and NF-κB pathway in lipopolysaccharide-stimulated macrophage. Molecular and cellular biochemistry, 243(1), pp. 153–160. DOI:10.1023/A:1021624520740
  11. Cos, P., Ying, L., Calomme, M., Hu, J.P., Cimanga, K., Van Poel, B., Berghe, D.V. (1998). Structure- activity relationship and classification of flavonoids as inhibitors of xanthine oxidase and superoxide scavengers. Journal of natural products, 61(1), pp. 71– 76. DOI:10.1021/np970237h
  12. Črnivec, I.G.O., Skrt, M., Šeremet, D., Sterniša, M., Farčnik, D., Štrumbelj, E., Ulrih, N.P. (2021). Waste streams in onion production: Bioactive compounds, quercetin and use of antimicrobial and antioxidative properties. Waste Management, 126, pp. 476– 486. DOI:10.1016/j.wasman.2021.03.033
  13. Domiciano, T.P., Wakita, D., Jones, H.D., Crother, T.R., Verri, W.A., Arditi, M., Shimada, K. (2017). Quercetin inhibits inflammasome activation by interfering with ASC oligomerization and prevents interleukin-1 mediated mouse vasculitis. Scientific reports. 7(1), pp. 1–11. DOI:10.1038/srep41539
  14. Dong, H., Quintilla, A., Cemernjak, M., Popescu, R., Gerthsen, D., Ahlswede, E., Feldmann, C. (2014). Colloidally stable selenium@ copper selenide core@ shell nanoparticles as selenium source for manufacturing of copper–indium–selenide solar cells. Journal of colloid and interface science, 415, pp. 103–110. DOI:10.1016/j.jcis.2013.10.001
  15. Ferrali, M., Signorini, C., Caciotti, B., Sugherini, L., Ciccoli, L., Giachetti, D., Comporti, M. (1997). Protection against oxidative damage of erythrocyte membrane by the flavonoid quercetin and its relation to iron chelating activity. FEBS letters, 416(2), pp. 123– 129. DOI:10. 1016/S0014-5793(97)01182-4
  16. Ferraz, C.R., Carvalho, T.T., Manchope, M.F., Artero, N.A., Rasquel-Oliveira, F.S., Fattori, V., Verri Jr, W.A. (2020). Therapeutic potential of flavonoids in pain and inflammation: mechanisms of action, pre-clinical and clinical data, and pharmaceutical development. Molecules. 25(3), 762 p. DOI:10.3390/molecules 25030762
  17. Ferraz, C.R., Silva, D.B., Prado, L.C.D.S., Canabrava, H.A.N., Bispo-da-Silva, L.B. (2019). Antidiarrhoeic effect and dereplication of the aqueous extract of Annona crassiflora (Annonaceae). Natural product research, 33(4), pp. 563–567. DOI:10.1080/14786419.2017. 1396589
  18. Guazelli, C.F., Fattori, V., Colombo, B.B., Georgetti, S.R., Vicentini, F.T., Casagrande, R., Verri Jr, W.A. (2013). Quercetin-loaded microcapsules ameliorate experimental colitis in mice by anti-inflammatory and antioxidant mechanisms. Journal of natural products, 76(2), pp. 20–208. DOI:10.1021/ np300670w
  19. Guazelli, C.F., Staurengo-Ferrari, L., Zarpelon, A.C., Pinho-Ribeiro, F.A., Ruiz-Miyazawa, K.W., Vicentini, F.T., Verri Jr, W.A. (2018). Quercetin attenuates zymosan-induced arthritis in mice. Biomedicine & pharmacotherapy, 102, pp. 175–184. DOI:10.1016/j.biopha. 2018.03.057
  20. Heim, K.E., Tagliaferro, A.R., Bobilya, D.J. (2002). Flavonoid antioxidants: chemistry, metabolism and structure-activity relationships. The Journal of nutritional biochemistry, 13(10), pp. 572–584. DOI:10.1016/S0955-2863(02)00208-5
  21. Hirano, R., Sasamoto, W., Matsumoto, A., Itakura, H., Igarashi, O., Kondo, K. (2001). Antioxidant ability of various flavonoids against DPPH radicals and LDL oxidation. Journal of nutritional science and vitaminology, 47(5), pp. 357–362. DOI:10.3177/ jnsv.47.357
  22. Ho, C.T., Kim, J.W., Kim, W.B., Song, K., Kanaly, R.A., Sadowsky, M.J., Hur, H.G. (2010). Shewanella-mediated synthesis of selenium nanowires and nanoribbons. Journal of Materials Chemistry, 20(28), pp. 5899–5905. DOI:10.1039/ C0JM00690D
  23. Katsampa, P., Valsamedou, E., Grigorakis, S., Makris, D.P. (2015). A green ultrasound-assisted extraction process for the recovery of antioxidant polyphenols and pigments from onion solid wastes using Box–Behnken experimental design and kinetics. Industrial Crops and Products, 77, pp. 535–543. DOI:10.1016/j.indcrop.2015.09.039
  24. Kumar, M., Barbhai, M.D., Hasan, M., Punia, S., Dhumal, S., Rais, N., Mekhemar, M. (2022). Onion (Allium cepa L.) peels: A review on bioactive compounds and biomedical activities. Biomedicine & Pharmacotherapy, 146, 112498 p. DOI:10.1016/j.biopha.2021.112498
  25. Kwak, J.H., Seo, J.M., Kim, N.H., Arasu, M.V., Kim, S., Yoon, M.K., Kim, S.J. (2017). Variation of quercetin glycoside derivatives in three onion (Allium cepa L.) varieties. Saudi Journal of Biological Sciences, 24(6), pp. 1387–1391. DOI:10.1016/j. sjbs.2016.05.014
  26. Lee, H.N., Shin, S.A., Choo, G.S., Kim, H.J., Park, Y.S., Kim, B.S., Jung, J.Y. (2018). Anti-inflammatory effect of quercetin and galangin in LPS-stimulated RAW264. 7 macrophages and DNCB-induced atopic dermatitis animal models. International Journal of Molecular Medicine, 41(2), pp. 888–898. DOI:10.3892/ ijmm.2017.3296
  27. Li, Y., Yao, J., Han, C., Yang, J., Chaudhry, M.T., Wang, S., Yin, Y. (2016). Quercetin, inflammation and immunity. Nutrients, 8(3), pp. 167–181. DOI:10.3390/nu8030167
  28. Lotito, S.B., Frei, B. (2006). Consumption of flavonoid-rich foods and increased plasma antioxidant capacity in humans: cause, consequence, or epiphenomenon?. Free Radical Biology and Medicine, 41(12), pp. 1727–1746. DOI:10.1016/j.freeradbiomed.2006.04.033
  29. Nijveldt, R.J., Van Nood, E.L.S., Van Hoorn, D.E., Boelens, P.G., Van Norren, K., Van Leeuwen, P.A. (2001). Flavonoids: a review of probable mechanisms of action and potential applications. The American journal of clinical nutrition, 74(4), pp. 418–425. DOI:10.1093/ajcn/ 74.4.418
  30. Pandian, S., Kunjiappan, S., Ravishankar, V., &Sundarapandian, V. (2021). Synthesis of quercetin-functionalized silver nanoparticles by rapid onepot approach. Bio Technologia, 102(1), pp. 75–84. DOI:10.5114/bta.2021.103764
  31. Phukan, K., Devi, R., Chowdhury, D. (2021). Green synthesis of gold nano-bioconjugates from onion peel extract and evaluation of their antioxidant, anti-inflammatory, and cytotoxic studies. ACS omega, 6(28), pp. 17811–17823. DOI:10.1021/acsomega.1c00861
  32. Pietta, P.G. (2000). Flavonoids as antioxidants. Journal of natural products, 63(7), pp. 1035– 1042. DOI:10.1021/np9904509
  33. Pinheiro, R.G., Pinheiro, M., Neves, A.R. (2021). Nanotechnology innovations to enhance the therapeutic efficacy of quercetin. Nanomaterials. 11(10), 2658 p. DOI:10.3390/ nano11102658
  34. PonMatheswari, P., Jenit Sharmila, G., Murugan, C. (2022). Green synthesis of selenium nanoparticles using Delonix regia and Nerium oleander flower extract and evaluation of their antioxidant and antibacterial activities. Inorganic and Nano-Metal Chemistry, pp. 1–12. DOI:10.1080/24701556.2021.2025099
  35. Prior, R.L., Cao, G. (2000). Antioxidant phytochemicals in fruits and vegetables: diet and health implications. Hort Science, 35(4), pp. 588–592. DOI:10.21273/HORTSCI.35.4.588
  36. Procházková, D., Boušová, I., Wilhelmová, N. (2011). Antioxidant and prooxidant properties of flavonoids. Fitoterapia. 82(4), pp. 513–523. DOI:10.1016/j. fitote.2011.01.018
  37. Qi, Y., Yi, P., He, T., Song, X., Liu, Y., Li, Q., Zhang, Y. (2020). Quercetin-loaded selenium nanoparticles inhibit amyloid-β aggregation and exhibit antioxidant activity. Colloids and surfaces A: physicochemical and Engineering Aspects. 602, 125058 p. DOI:10.1016/j.colsurfa. 2020.125058
  38. Rawat, K.A., Kailasa, S.K. (2014). Visual detection of arginine, histidine and lysine using quercetin-functionalized gold nanoparticles. Microchimica Acta, 181(15), pp. 1917–1929. DOI:10. 1007/s00604- 014-1294-6
  39. Singh, S., Nagalakshmi, D., Sharma, K.K., Ravichandiran, V. (2021). Natural antioxidants for neuroinflammatory disorders and possible involvement of Nrf2 pathway: A review. Heliyon, 7(2), e06216. DOI:10.1016/j.heliyon.2021.e06216
  40. Tsekhmistrenko, O., Bityutskyy, V., Tsekhmistrenko, S., Melnichenko, O., Tymoshok, N., Spivak, M. (2019). Use of nanoparticles of metals and non-metals in poultry farming. Animal Husbandry Products Production and Processing. 2, pp. 113–130. (in Ukrainian)
  41. Tsekhmistrenko, O., Tsekhmistrenko, S., Bityutskii, V. (2019). Nanoscale cerium dioxide as a mimetic of antioxidant protection enzymes. Multi disciplinary conference For young researchers. pp. 68–71. (in Ukrainian)
  42. Tsekhmistrenko, О., Bityutskii, V., Tsekhmistrenko, S., Kharchyshyn, V., Tymoshok, N., Spivak, M. (2020). Efficiency of application of inorganic and nanopreparations of selenium and probiotics for growing young quails. Theoretical and Applied Veterinary Medicine. 8(3), pp. 206–212. (in Ukrainian)
  43. Vanacker, S.A., Tromp, M.N., Haenen, G.R., Vandervijgh, W.J.F., Bast, A. (1995). Flavonoids as scavengers of nitric oxide radical. Biochemical and biophysical research communications. 214(3), pp. 755– 759. DOI:10.1006/bbrc.1995.2350
  44. Vicentini, F.T., He, T., Shao, Y., Fonseca, M.J., Verri Jr, W.A., Fisher, G.J., Xu, Y. (2011). Quercetin inhibits UV irradiation-induced inflammatory cytokine production in primary human keratinocytes by suppressing NF-κB pathway. Journal of dermatological science, 61(3), pp. 162–168. DOI:10.1016/j.jdermsci.2011.01.002
  45. Yeh, S.L., Wang, W.Y., Huang, C.H., Hu, M.L. (2005). Pro-oxidative effect of β-carotene and the interaction with flavonoids on UVA-induced DNA strand breaks in mouse fibroblast C3H10T1/2 cells. The Journal of nutritional biochemistry, 16(12), pp. 729–735. DOI:10. 1016/j.jnutbio.2005.03.012
  46. Yeo, J., Shahidi, F. (2019). Revisiting DPPH (2, 2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) assay as a useful tool in antioxidant evaluation: A new IC100 concept to address its limitations. J Food Bioact, 7, pp. 36–42. DOI:10.31665/JFB.2019.7196
ДолученняРозмір
PDF icon bityutskyy_2_2022.pdf755.07 КБ
БТФ №2 2022