Nanotechnology, Science and Applications: 2025: 18 35-56 35
Nanoparticles in Plant Cryopreservation: Effects on Genetic Stability, Metabolic Profiles, and Structural Integrity in Bleeding Heart (Papaveraceae) Cultivars
Dariusz Kulus, Alicja Tymoszuk, Alicja Kulpińska, Bożena Dębska, Agata Michalska, Julita Nowakowska, Dorota Wichrowska, Jacek Wojnarowicz, Urszula Szałaj
Cel: Badanie roli nanocząstek w krioprezerwacji roślin jest kluczowe dla opracowywania innowacyjnych metod ochrony roślinnych zasobów genowych w obliczu wyzwań środowiskowych. W niniejszym badaniu analizowano wpływ nanocząstek złota (AuNP), srebra (AgNP) i tlenku cynku (ZnONP) na integralność strukturalną, stabilność genetyczną oraz aktywność metaboliczną krioprezerwowanego materiału roślinnego o właściwościach leczniczych.
Metody: Wierzchołki pędów dwóch odmian (*Lamprocapnos spectabilis* (L.) Fukuhara) – „Gold Heart” i „Valentine” – poddano krioprezerwacji metodą enkapsulacji-witrifikacji. Nanocząstki dodawano w stężeniach 5 lub 15 ppm, albo w fazie przedhodowlanej, albo podczas tworzenia matrycy alginianowej (kapsułek). Po rozmrożeniu i regeneracji rośliny poddano analizom histologicznym, molekularnym i biochemicznym.
Wyniki: Obserwacje w mikroskopie elektronowym materiału roślinnego pochodzącego z krioprezerwacji (przechowywanego w ciekłym azocie) potwierdziły powstanie komórek o stabilnej mikrostrukturze i morfologii. Stwierdzono, że nanocząstki mogą przenikać do wnętrza komórki i gromadzić się w różnych jej częściach, w tym w jądrze komórkowym. W analizie genetycznej markery SCoT wykazały polimorfizm u 11,5% roślin odmiany „Gold Heart”, natomiast markery RAPD ujawniły mutacje u 1,9% osobników odmiany „Valentine”. Analiza wariancji molekularnej (AMOVA) wykazała, że w przypadku odmiany „Valentine” cała wykryta zmienność genetyczna występowała wewnątrz populacji i nie była istotnie modyfikowana przez traktowanie nanocząstkami. U odmiany „Gold Heart” większość (94%) wykrytej zmienności genetycznej przypadała na zmienność wewnątrzpopulacyjną, podczas gdy 6% wynikało z zastosowania nanocząstek (głównie w przypadku użycia ZnONP w stężeniu 15 ppm). Zastosowanie nanocząstek istotnie wpłynęło na profil metaboliczny roślin, oddziałując zwłaszcza na syntezę kwasów fenolowych i aldehydów oraz na mechanizmy antyoksydacyjne u obu odmian („Gold Heart” i „Valentine”). Zawartość białek uległa zmianie u roślin odmiany „Gold Heart”, natomiast nie stwierdzono takich zmian u odmiany „Valentine”.
Wnioski: Wyniki sugerują, że różne rodzaje i stężenia nanocząstek wywierają odmienny wpływ na produkcję określonych metabolitów; właściwość tę można wykorzystać do modulowania metabolizmu wtórnego roślin w celu uzyskania pożądanych efektów farmakologicznych.
Słowa kluczowe: potencjał antyoksydacyjny, genotypowanie, HPLC, *Lamprocapnos spectabilis* (L.) Fukuhara, kwasy fenolowe,
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Laboratorium Nanostruktur rozwija współpracę ze znaczącymi jednostkami naukowymi w celu uzyskania możliwości eksperymentalnego wypróbowania działania wytworzonych w naszym laboratorium związków.
W prezentowanej publikacji dzięki współpracy z Instytutem Ochrony Roślin PIB w Poznaniu oraz Uniwersytetem Naukowo Technicznym w Bydgoszczy, opisane zostały eksperymenty z zastosowania ZnO NPs oraz ZnO SMPs do zahamowania rozwoju grzybni patogenów atakujących rośliny pomidorów „Bawole serce” w dużych hodowlach roślinnych. Uzyskano interesujące wyniki szczególnie w odniesieniu do działaniałania nano-ZnO (ZnO NPs).
“Effects of zinc oxide submicron particles and nanoparticles on the inhibition of Botritis cinerea, Fusarium oxyporum and Alternaria alternata”
Kowalska J., Antkowiak M., Krzemińska J., Szałaj U., Wojnarowicz J., Tymoszuk A., Jeske M., Łukanowski A., Pańka D., European Journal of Plant Pathology 2025. https://doi.org/10.1007/s10658-025-03140-y IF 1,94 100 pkt.
ZnO NPs posiadają właściwości przeciwgrzybiczne i mogą być używane w ograniczeniu wzrostu patogenów w wielkoobszarowej produkcji roślinnej.
Celem tych badań było: 1) zbadanie i porównanie efektów działania submicronowych cząstek ZnO SMPs i nanocząstek ZnO NPs na odpowiedź in vitro przez Borytis cinerea, Fusarium oxysporum, i Alternaria alternata, 2) Zwiększyć oddziaływanie tych cząsteczek na zminimalizowanie chorobotwórczego wpływu omawianych trzech patogenów na pomidory Solanum lycopersicum L., zwanych “bawole serce” uprawianych w dużych areałach.
W eksperymentach in vitro były stosowane ZnO SMPs i ZnO NPs w stężeniach: 0, 100, 200, 500, 1000 i 2000 mg/l. W eksperymencie in vitro krzaczki pomidorów były zakażone patogenami, a następnie spryskiwane zawiesiną ZnO SMPs lub ZnO NPs o stężeniu 500 mg/l. Obiektami eksperymentalnymi były: rośliny zakażone jak i grupa kontrolna nie zakażonych roślin a także głupa roślin zakażonych, ale nie poddanych działaniu ZnO SMPs/ NPs. Dodatek ZnO NPs i ZnO SMPs do roztworu PDA w sposób zdecydowany ograniczał wzrost grzybni we wszystkich badanych patogenach.
Jednakże, nie została zaobserwowana zdecydowana przewaga ZnO SMPs nad ZnO MPs w hamowaniu wzrostu grzybni. Interesujące jest, że w przypadku F.oxyporum i A.alternata już niskie stężenie ZnO SMPs rzędu 100mg/l wywoływało znaczące, nawet do 33,32%, zahamowanie wzrostu grzybni, natomiast w przypadku B.cinerea, tylko stężenie 500 mg/l i wyższe powodowało zahamowanie wzrostu grzybni w badanym materiale nawet do 82,67%.
Eksperyment in vivo na roślinach pomidorów nie potwierdził efektywności działania ZnO SMPs w zmniejszeniu infekcji B.cinerea i A. alternata, natomiast ZnO NPs znacząco zredukował infekcję wszystkich patogenów nawet w granicach 56,99% i 65,10% .
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
W wyniku wieloletniej współpracy z NRC National Research Center w Gizie w Egipcie, przedstawiamy, opublikowane właśnie eksperymenty przeprowadzone nad metodą celowanego dostarczania leków do komórek nowotworowych. Używane są specjalnie stworzone nanostruktury, które dodatkowo wzmagających antyrakowe właściwości stosowanych substancji.
Enhanced Killing of Colon Cancer Cells by Mesoporous Silica Nanoparticles Loaded with Ellagic Acid”, AbouAitah K, Nassralla A, Soliman AAF., Świderska-Środa A, Chudoba T., Smalc-Koziorowska J, Kim B.S, Łojkowski W. ; "", Nanomaterials 2025, 15(20), 1547, https://doi.org/10.3390/nano15201547 IF 4,6 100 pkt
Naturalne komponenty, w tym zastosowany w prowadzonych i opisanych badaniach ellagic acid (ELG), ma potencjalne, wysokie działanie przeciwrakowe. Jednocześnie nie wykazuje efektów ubocznych. Jego efektywność działania wymaga jednak zwiększenia. Nanotechnologia umożliwia stworzenie nanocząstek, będących naturalnymi dostarczycielami substancji leczniczych. Jednocześnie ich właściwości zostają w ten sposób polepszone.
Zastosowany w eksperymentach ELG jest bezpiecznym polifenolem pochodzenia roślinnego. Jego źródłem są owoce takie jak granaty, winogrona, truskawki, maliny, jeżyny a także zielona herbata i włoskie orzechy. Ma on właściwości biobójcze, przeciwnowotworowe, przeciwzapalne a także antyoksydacyjne.
Kwas elagowy to naturalny pro-lek, czyli związek, który sam w sobie ma niską lub ograniczoną aktywność biologiczną, a w organizmie ulega przekształceniu do aktywnej farmakologicznie postaci.
Jednak jego skuteczność jest ograniczona ze względu na niską rozpuszczalność w wodzie oraz ograniczoną zdolność do selektywnego oddziaływania na komórki docelowe.
Zastosowane metody umożliwiają stworzenie nanostruktury organiczno-nieorganiczne, zbudowanej z MSN (mesoporous silica nanoparticles), następnie sfunkcjonalizowanej TRP (tripticene) i ostatecznie napełnionej ELG (elaggic acid). Nanostruktura ta została nazwana MSN-TRP-ELG nanoformulation. Zostały przeprowadzone testy działania antyrakowego na dwóch rodzajach linii komórkowych raka odbytu H-116 i HT-29, zastosowano leczenie w dawkach do 200 mikrometrów. Stwierdzono trzy razy wyższe zahamowanie rozwoju komórek rakowych w porównaniu z wolnym kwasem elagowym. MSN-TRP-ELG zwiększało śmiertelność komórek poprzez aktywację caspase-3, p53 i Bax, blokadę receptorów kinazy tyrozynowej HER2 i VEGFR2 a także zwiększało aktywację Bcl-2 w komórkach HCT-116 i HT-29. Ważnym odkryciem było mocne zahamowanie ekspresji onkogenów B-RAF, C-RAF i K-RAS. Zastosowanie nano-formulacji MSN-TRP-ELG zwiększyło efekt pro-leku ELG. Ostatecznym wynikiem przeprowadzonych eksperymentów i najważniejszym wnioskiem było wykazanie możliwości nanomedycyny w zwiększeniu efektywności naturalnych pro-leków, w szczególności ELG, w terapii leczenia raka. Otwiera to drogę do badań klinicznych.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Nasze Laboratorium Nanostruktur współpracuje z wieloma placówkami naukowymi, między innymi z Zakładem Biotechnologii, Wydziałem Rolnictwa i Biotechnologii Uniwersytetu Bydgoskiego a także z Bydgoską Politechniką. W wyniku tej współpracy powstały ciekawe badania nad zastosowaniem nanomateriałów w celu przechowywania nasion roślin w temperaturze ciekłego azotu. Jest to bardzo ważne ze względu na konieczność ochrony zasobów genetycznych roślin w obliczu zmian genetycznych.
Nanoparticles in Plant Cryopreservation: “Effects on Genetic Stability, Metabolic Profiles, and Structural Integrity in Bleeding Heart (Papaveraceae) Cultivars”, Kulus D, Tymoszuk A, Kulpińska A, Dębska B, Michalska A, Nowakowska J, Wichrowska D, Wojnarowicz J, Szałaj U; Nanotechnology, Science and Applications, v.18, p. 35 2025
https://doi.org/10.2147/NSA.S485428 IF 2,14, 200 pkt.
Badanie wpływu nanocząstek na możliwość magazynowania nasion roślin w ciekłym azocie, umożliwia to ochronę zasobów genetycznych roślin na przykład w obliczu szybko postępujących zmian klimatycznych. W tych badaniach zostały wykorzystane tlenki złota (AuNPs), srebra (AgNPs) i cynku (ZnONPs). Badano wpływ nanocząstek na ciągłość strukturalną, stabilność genetyczną oraz aktywność metaboliczną przechowywanego materiału roślinnego o właściwościach medycznych.
Badaną rośliną były dwa rodzaje Lamprocapnos spectabilis (L), były one umieszczone w ciekłym azocie w temperaturze minus 196 stopni Celsiusza, w specjalnych kapsułkach. Nanocząstki były dodane w stężeniu 5-15 ppm w trakcie różnych faz eksperymentu. Po rozmrożeniu rośliny przechodziły analizy histologiczne, molekularne i biochemiczne.
Badania mikroskopem elektronowym roślin po przechowywaniu w ciekłym azocie potwierdziły powstanie stabilnych pod względem struktury mikromorfologicznej komórek. Zostało stwierdzone, że nanocząstki penetrowały do różnych organelli komórkowych, włączając w to jądro komórkowe. Jeżeli chodzi o badania genetyczne. Stwierdzono polimorfizm i mutacje w pewnej, niewielkiej części przypadków. Stwierdzono jednocześnie, że nie był to wpływ użycia nanocząstek. Stwierdzono ich znaczący wpływ na profil metaboliczny, wpływ na syntezę aldehydów i kwasu fenolowego a także mechanizm oksydacyjny w kulturach obu badanych roślin. Wynik sugeruje, że różne rodzaje koncentracji NPs mają inny wpływ na produkcję specyficznych metabolitów. Mogłoby to być wykorzystane do modulowania metabolizmu roślin w celu osiągnięcia farmakologicznych rezultatów.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Bleeding inhibiting, highly absorbent 3D-printed curdlan-based dressing insert for medical Applications, Aleksandra Nurzynska, * Julia Higuchi, Łukasz Szajnecki, Karolina Mlynarczyk, Beata Podkoscielna, Anna Michalicha, Sylwia Terpilowska and Grazyna Ginalska
Rany sączące stanowią poważne wyzwanie w praktyce klinicznej, ponieważ nadmierny wysięk może opóźniać proces gojenia i zwiększać ryzyko infekcji. W odpowiedzi na zapotrzebowanie na zaawansowane opatrunki, które nie tylko skutecznie wchłaniają nadmiar wysięku, ale także aktywnie wspomagają regenerację tkanek, opracowano innowacyjne biozgodne biomateriały z wykorzystaniem technologii druku 3D. Dzięki opracowanej metodzie syntezy, materiały na bazie kurdlanu zostały wzbogacone jonami wapnia i zaprojektowane tak, aby charakteryzowały się porowatą strukturą, wysoką hydrofilowością i znaczną zdolnością do absorpcji płynów. Istotną zaletą proponowanych wkładów opatrunkowych jest ich kompaktowa, sucha postać, co ułatwia ich stosowanie i integrację z wielowarstwowymi systemami opatrunkowymi. Pomimo niewielkich rozmiarów, materiały te mogą wchłaniać znaczne ilości płynu, co czyni je szczególnie obiecującymi w leczeniu ran silnie sączących, takich jak żylne owrzodzenia podudzi. Kompleksowe analizy potwierdziły ich stabilność termiczną, bezpieczeństwo biologiczne (nietoksyczność, niemutagenność i hemozgodność) oraz zdolność do stymulowania proliferacji komórek skóry. Uzyskane wyniki wskazują na duży potencjał tych biomateriałów jako wkładów opatrunkowych nowej generacji, służących skutecznemu leczeniu trudno gojących się ran.