Study of synthetic conditions and biological activity of selenium nanoparticles from garlic extract.

Abstract

Garlic extract contained Phenolic (3.09 ± 0.02 mg GAE / g) and Flavonoids (0.045 ± 0.01 mg CE / g) that could be a reducing agent and capping agent in the synthesis of garlic selenium nanoparticles. However, the reducing property of garlic extract was low and it must be supplemented with ascorbic acid to stimulate the reaction in converting Se4+ to selenium nanoparticles Se0. The optimal condition for synthesis of selenium nanoparticles with selectively cancer cells inhibition was performed by screening cancer cell inhibition of the synthesized particles in comparison with normal cells. The conditions studied for selenium nanoparticles synthesis were: 1) Concentration of sodium selenite (10, 20 and 30 mM) 2) Concentration of garlic extract (2.5, 3 and 4mg / ml) 3) Acidity - alkalinity (pH 4, 6, 8, 10 and no pH adjusting) and 4) Time periods for curing selenium nanoparticles (4, 48 and 72 hours). The optimum conditions for nanoparticles synthesis were found at the condition of using 10 mM sodium selenite, garlic extracts at 3 mg / ml, no pH adjusting of the reactant solution and the synthesis period of 72 hours on the shaker in the dark at room temperature. The obtained synthetic nanoparticles were studied for its characteristic. The maximum absorbance was measured using UV-visible spectroscopy, shape and size, including elemental composition was analyzed using SEM and EDAX techniques. The selenium garlic nanoparticles (SeNP-G) had absorbance at 270 nm, its shape was spherical with size of 11-70 nm. It contains selenium as determined at 1.4 KeV. The FTIR technique reported garlic extract in the particles, and the functional groups OH, N-O, C-O-H and S=O demonstrated role of garlic extract as a capping agent in the synthesis of SeNP-G. The analysis found that the selenium nanoparticles had the zeta potential and the PDI values were -23.67±0.81 mV and 0.181 respectively, which can be considered that the selenium nanoparticles from garlic extracts are moderately stable and have the distribution of monodisperse particles.The selenium nanoparticles from garlic extract exhibited growth inhibition of cancer cells (HepG2) and breast cancer cells (MCF-7) while demonstrated low toxicity to normal cells (MRC-5) as analyzing by MTT assay. The ability to inhibit cancer cells of SeNP-G was more specific to cancer cells rather than normal cells by providing a selective index greater than sodium selenite, garlic extracts and Tamoxifen. It was expected that SeNP-G may be developed as a dietary supplement or a cancer inhibitor agent. However, the antioxidant activity of SeNP-G was none as determined by DPPH assay; this may be the result of a coat that had a small amount of garlic extract, together with the low antioxidant activity of garlic extract itself. The S.aureus inhibition of SeNP-G by agar diffusion and the turbidity assay showed good inhibitory effect on S.aureus. The inhibition activity against cancer cells and bacteria was due to pro-oxidant property of SeNP-G. However, the synthetic particles were unstable in a powder form during storage in a desiccant cabinet at room temperature. The storage period should no more than 120 days where SeNP-G still has cancer cells selectively inhibition and be safe for use.

สารสกัดกระเทียมมีสารองค์ประกอบ Phenolic (3.09±0.02 mg GAE/ g) และ Flavonoids (0.045±0.01 mg CE/ g) ที่สามารถเป็นตัวรีดิวซ์และตัวหุ้มในการสังเคราะห์อนุภาคนาโนซีลีเนียมกระเทียมได้ อย่างไรก็ตาม สมบัติดิวซ์ของกระเทียมมีค่าต่ำ ทำให้ต้องเสริมด้วย ascorbic acid ในการกระตุ้นปฎิกิริยาเปลี่ยน Se4+ ไปเป็นอนุภาคนาโนซีลีเนียม Se0 การศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสมต่อการสังเคราะห์อนุภาคนาโนซีลีเนียมที่มีฤทธิ์จำเพาะยับยั้งเซลล์มะเร็ง ทำโดยการคัดกรองฤทธิ์ยับยั้งเซลล์มะเร็งเทียบกับเซลล์ปกติของอนุภาคที่ได้จากการสังเคราะห์ สภาวะการศึกษาการสังเคราะห์อนุภาคนาโนซีลีเนียมกระเทียม คือ 1) ความเข้มข้นของ sodium selenite (10, 20 และ 30 mM) 2) ความเข้มข้นของสารสกัดกระเทียม (2.5, 3 และ 4 mg/ml) 3) ความเป็นกรด-ด่าง (pH 4, 6, 8, 10 และไม่ปรับ pH) และ 4) เวลาที่ใช้ในการบ่มอนุภาคนาโนซีลีเนียม (4, 48 และ72 ชั่วโมง) พบว่าได้สภาวะที่เหมาะสมต่อการสังเคราะห์คือ สภาวะใช้ sodium selenite ความเข้มข้น 10 mM และสารสกัดกระเทียมความเข้มข้น 3 mg/ml และ ไม่ปรับ pH ในระยะเวลาบ่มสังเคราะห์ 72 ชั่วโมง บน shaker ในที่มืดที่อุณหภูมิห้อง อนุภาคนาโนที่สังเคราะห์นำมาศึกษาลักษณะสมบัติของอนุภาค ด้วยการวัดค่าการดูดกลืนแสงสูงสุดโดยใช้ UV-visible spectroscopy วิเคราะห์ลักษณะรูปร่าง ขนาดและธาตุที่เป็นองค์ประกอบด้วยเทคนิค SEM และ EDS พบว่าอนุภาคนาโนซีลีเนียมกระเทียมมีค่าการดูดกลืนแสงที่ 270 nm มีรูปร่างเป็นทรงกลมขนาด 11-70 nm มีธาตุซีลีเนียมเป็นสารประกอบที่ตำแหน่ง 1.4 KeV และการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค FTIR พบสารสกัดกระเทียมในอนุภาค โดยมีหมู่ฟังก์ชัน OH, N-O, C–O–H และ S=O ที่คาดว่ามีบทบาททำหน้าที่เป็นตัวหุ้ม (capping agent) อนุภาคนาโนซีลีเนียม จากการวิเคราะห์พบว่าอนุภาคนาโนซีลีเนียมมีค่าศักย์ซีต้า และค่า PDI เท่ากับ -23.67± 0.81 mV และ 0.181 ตามลำดับ ซึ่งจะพิจารณาได้ว่าอนุภาคนาโนซีลีเนียมจากสารสกัดกระเทียมมีความเสถียรในระดับปานกลาง (moderately stable) และมีการกระจายตัวของอนุภาคแบบ monodisperse อนุภาคนาโนซีลีเนียมกระเทียมที่ได้มีฤทธิ์ยับยั้งการเจริญของเซลล์มะเร็งตับ (HepG2) และเซลล์มะเร็งเต้านม (MCF-7) ได้ดี ขณะที่แสดงพิษต่ำต่อเซลล์ปกติ (MRC-5) เมื่อวิเคราะห์ด้วยวิธี MTT assay โดยความสามารถยับยั้งเซลล์มะเร็งของอนุภาคนาโนซีลีเนียมกระเทียม พบมีความจำเพาะต่อเซลล์มะเร็งมากกว่าเซลล์ปกติ โดยให้ค่า selective index มากกว่า sodium selenite สารสกัดกระเทียม และยา Tamoxifen จึงคาดว่าอาจนำไปพัฒนาเป็นอาหารเสริมหรือยายับยั้งมะเร็งได้ดี อย่างไรก็ตาม ไม่พบฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระของอนุภาคนาโนซีลีเนียมกระเทียมที่สังเคราะห์เมื่อวิเคราะห์ด้วยวิธี DPPH assay ซึ่งอาจเป็นผลจากการหุ้มที่มีปริมาณกระเทียมน้อย ร่วมกับฤทธิ์ต้านอนุมูลของกระเทียมสกัดที่มีฤทธิ์ต่ำ ฤทธิ์การยับยั้ง S.aureus ของอนุภาคนาโนซีลีเนียมกระเทียมด้วยวิธี agar diffusion และการวัดความขุ่นของอาหารเลี้ยงเชื้อ พบว่ามีฤทธิ์ในการยับยั้ง S.aureus ได้ดี ความสามารถยับยั้งเซลล์มะเร็งและยับยั้งแบคทีเรีย เป็นผลจากการเป็น pro-oxidant ของอนุภาคโนซีลีเนียมกระเทียม อย่างไรก็ตาม อนุภาคที่สังเคราะห์มีความไม่เสถียรในสภาวะเก็บแบบผงแห้งในตู้ดูดความชื้นที่อุณหภูมิห้อง โดยสามารถเก็บได้ไม่เกิน 120 วัน ที่ยังคงฤทธิ์เลือกทำลายเซลล์มะเร็งได้ดี โดยเป็นช่วงเวลาเก็บที่อนุภาคนาโนซีลีเนียมกระเทียมมีความปลอดภัยดี