Formulation, Characterization and Evaluation of the Biological Effects of Selenium Nanoparticles and Sonchus maritimus Aqueous Extract Nanoforme in Animal Model of Experimental Metabolic Syndrome
Loading...
Date
2024
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
University of M'Sila
Abstract
This investigation aimed to study the biosynthesis and characterization of selenium nanoparticles using Sonchus maritimus extract (SmE-SeNPs) and Sonchus maritimus extract-loaded niosomes (SmE-N) and their impact on experimental metabolic syndrome (MetS) in rats. S. maritimus extract, niosomes and SeNPs were characterized using standard techniques including LC-MS, GC, SEM and TEM analysis. Further, in-vitro biological activities of S. maritimus extract and SeNPs were assessed. In the in-vivo study, thirty-six males’ albino Wistar rats were randomly divided into 6 groups (n=6); healthy rats (Control), untreated MetS rats received high fructose diet (HFD), MetS rats treated with S. maritimus extract-loaded niosomes (SmE-N), MetS rats treated with selenium nanoparticles (SeNPs), MetS rats treated with SeNPs and S. maritimus extract-loaded niosomes (SeNPs-SmE-N), MetS rats treated with metformin (Met). MetS was induced by oral administration of diet contain 35% fructose for 13 weeks. The rats were received treatments via intraperitoneal route for four weeks. Phytochemical and chromatographic findings revealed that S. maritimus contains the majority of the main active compounds, including, flavonoids, phenolic acids and volatile compounds of various kinds. Our characterization results of SmE-SeNPs showed a spherical shape with very small size (7.154±0.47 nm), with high antioxidant, anti-inflammatory, hypoglycemic, antibacterial and anticancer properieties without any toxicity in rats. Niosomes that encapsulate S. maritimus extract appeared with a diameter around 208.04±9.74 nm. In vivo results, experimental MetS group (HFD) showed important alterations in the most of biochemical markers and lipid profile with very significant decrease (P<0.001) in hepatic glycogen. The behavior of rats and brain AChE activity were significantly modified (P<0.001). Additionally, the hematological analysis revealed that high fructose diet induced perturbation in erythrogram profile by significant decline (P<0.001). While, the protein levels were significantly increased (P<0.01) in different organs, compared to control rats. Furthermore, the oxidative stress balance in the liver, brain, heart, kidney, and testiculs was adversely affected by an increase in MDA and a decrease in GSH levels, GPx and SOD activities compared to control group. On the other hand, the histological investigation revealed some abnormalities in the mentioned tissue of HFD group, as compared with the control. Treating animals by SmE-N and SeNPs provided partial improvement and restoration of the previous parameters. The combination of the both nanotherapies has proven highly effectiveness. We conclude that SmE-SeNPs have a big in vitro pharmacological action and in vivo combined with niosomes a high powerful against MetS induced by high fructose diet, which opening the new opportunities for the application of nanotherapy in this field.
Description
يهدف هذا العمل إلى دراسة تأثير جسيمات السيلينيوم النانوية المصنعة حيويا بمستخلص نبات Sonchus maritimus (SmE-SeNPs) والنيوزومات المحملة بمستخلص Sonchus maritimus على المتلازمة الأيضية التجريبية لدى الجرذان. تم توصيف المستخلص النباتي، النيوزومات و جسيمات السيلينيوم النانوية باستخدام التقنيات القياسية بما في ذلك تحاليل LC-MS ، GC، SEM و TEM. كذلك تم إجراء تقييم مختبري، خارج الجسم الحي، للأنشطة البيولوجية لمستخلص S. maritimus وجسيمات السيلينيوم النانوية. في دراسة أخرى، داخل الجسم الحي، تم تقسيم ستة وثلاثين ذكرًا من جرذان ويستار البيضاء بشكل عشوائي إلى 6 مجموعات (العدد = 6) ؛ جرذان سليمة (الشاهد)، جرذان مصابة بالمتلازمة الأيضية غير معالجة تلقت نظامًا غذائيًا عالي الفركتوز (HFD)، جرذان مصابة بالمتلازمة الأيضية معالجة بالنيوزومات المحملة بمستخلص S. maritimus SmE-N))، جرذان مصابة بالمتلازمة الأيضية معالجة بجسيمات السيلينيوم النانوية SeNPs))، جرذان مصابة بالمتلازمة الأيضية معالجة بالنيوزومات المحملة بمستخلص نبات S. maritimus وجسيمات السيلينيوم النانوية (SeNPs-SmE-N) ، و جرذان مصابة بالمتلازمة الأيضية معالجة بالميتفورمين (Met). تم إحداث المتلازمة الأيضية عن طريق تناول نظام غذائي يحتوي على 35٪ من الفركتوز عن طريق الفم لمدة 13 أسبوعًا. تلقت الجرذان هاته العلاجات داخل الصفاق لمدة أربعة أسابيع. النتائج الكيميائية النباتية والكروماتوغرافية أظهرت أن S. maritimus يحتوي على غالبية المركبات النشطة الرئيسية، بما في ذلك مركبات الفلافونويد والأحماض الفينولية والمركبات المتطايرة بمختلف أنواعها. أبدت نتائج توصيف جسيمات السيلينيوم النانوية المُصنَّعة حيويًا باستخدام مستخلص S. maritimus شكلًا كرويًا ذو حجم صغير جدًا (7.154 ± 0.47 نانومتر، مع خصائص عالية مضادة للأكسدة، مضادة للالتهابات، خافضة لسكر الدم، مضادة للبكتيريا، مضادة للسرطان دون أي سمية لدى الجرذان. ظهرت النيوزومات التي تحتوي على مستخلص S. maritimus بقطر حوالي 208.04 ± 9.74 نانومتر. أبدت مجموعة الجرذان المصابة بالمتلازمة الأيضية التجريبية (HFD) تغيرات مهمة في معظم المؤشرات البيوكيميائية ومستوى الدهون مع انخفاض معنوي جداً (P<0.001) في الجليكوجين الكبدي. كما تم ملاحظة إضطراب سلوك الجرذان ونشاط انزيم الاسيتيل كولين استيراز في الدماغ بشكل ملحوظ جداً (P <0.001). بالإضافة إلى ذلك، أظهر تحاليل مكونات الدم أن النظام الغذائي عالي الفركتوز أدى إلى حدوث تغيرت معنوية، بما في ذلك انخفاض معنوي لعدد كريات الدم الحمراء (P<0.001). في حين ارتفعت مستويات البروتين معنوياً (P<0.01) في مختلف الأعضاء مقارنة بالجرذان السليمة. علاوة على ذلك، فقد أظهرت النتائج تأثر نظام الدفاع المضاد للأكسدة سلباً في الكبد، الدماغ، القلب، الكلى والخصيتين من خلال زيادة مستوى بيروكسيد الدهون (MDA) وانخفاض مستويات الجلوتاثيون (GSH) بالتوازي مع إنخفاض أنشطة كل من إنريم الجلوتاثيون بيروكسيديزGPx) وانزيم ديسميتاز عالي الاكسدةSOD) ) مقارنة بالمجموعة الشاهدة. من ناحية أخرى، أظهر الفحص النسيجي وجود بعض التشوهات في الأنسجة المذكورة سابقاً في المجموعة المصابة بالمتلازمة الأيضية (HFD) مقارنة مع المجموعة الشاهدة. علاج الحيوانات بواسطة النيوزمات المحملة بمستخلص نبات S. maritimus وجسيمات السيلنيوم النانوية أدى الى تحسن جزئي لمعظم المعايير البيولوجية والنسيجية المذكورة سالفاً. الجمع بين العلاجين النانويين أثبت فعاليته العالية. نستنتج من ذلك أن السيلينيوم له تأثير دوائي كبير في الدراسة المخبرية وفي الجسم الحي بالاضافة الى النيوسومات لهم فاعلية كبيرة ضد المتلازمة الأيضية الناجمة عن اتباع نظام غذائي عالي الفركتوز، مما يفتح فرصًا جديدة لتطبيق العلاج النانوي في هذا المجال.
Keywords
Metabolic syndrome, Oxidative stress, Sonchus maritimus, Niosomes, SmE-SeNPs, Characterization, Phytochemicals, Biological activities, المتلازمة الأيضية، الإجهاد التأكسدي، نبات Sonchus maritimus ، النيوزومات ، جسيمات السيلنيوم النانوية ، التوصيف، المركبات الكيميائية النباتية، الأنشطة البيولوجية