Fizjologiczne zalety nowego dostarczania selenu za pośrednictwem nanocząstek Część 1

Abstrakcyjny:

Spożycie selenu (Se) w diecie w zakresie fizjologicznym ma kluczowe znaczenie dla utrzymania różnych funkcji biologicznych, w tym obrony antyoksydacyjnej, homeostazy redoks, wzrostu, reprodukcji, odporności i produkcji hormonów tarczycy. Formy chemiczne selenu w diecie są różnorodne, w tym organiczny Se (selenometionina, selenocysteina i selen-metylo-selenocysteina) i nieorganiczny Se (selenian i selenin). Wcześniejsze badania w dużej mierze badały i porównywały wpływ selenu w diecie na zwierzęta hodowlane i ludzi, gdzie selen w diecie wykazał różne korzyści, w tym zwiększoną wydajność wzrostu, funkcje odpornościowe i jakość odżywczą mięsa, przy zmniejszonym stresie oksydacyjnym i stanach zapalnych, i wreszcie poprawa zdrowia tarczycy i płodności u ludzi. Pojawienie się nanocząstek stanowi nowatorską i innowacyjną technologię.

Mięso jest jednym z ważnych źródeł pożywienia dla człowieka. Mięso jest nie tylko źródłem białka i aminokwasów, ale zawiera również szereg witamin i składników mineralnych, takich jak żelazo, cynk, selen itp., które odgrywają niezastąpioną i ważną rolę dla zdrowia człowieka.

Ponadto badania naukowe pokazują również, że umiarkowane spożycie mięsa może pomóc poprawić odporność organizmu. Mięso jest bogate w składniki odżywcze, które mogą dostarczać energii i składników odżywczych potrzebnych organizmowi ludzkiemu, utrzymując w ten sposób prawidłowy metabolizm i funkcje odpornościowe organizmu. Badania wykazały, że ludzie, którym brakuje składników odżywczych, takich jak białko i witaminy, mają słabszy układ odpornościowy i są bardziej podatni na zewnętrzne zarazki i wirusy.

Ponadto bogate w żelazo mięso odgrywa również istotną rolę w układzie odpornościowym. Żelazo jest ważnym składnikiem ludzkiego ciała. Jest nie tylko jednym z elementów składowych hemoglobiny, ale ma również działanie regulacyjne na białe krwinki w układzie odpornościowym, co przyczynia się do poprawy odporności organizmu. Inne składniki odżywcze w mięsie, takie jak cynk i selen, również pomagają zwiększyć odporność organizmu i zmniejszyć występowanie chorób.

Oczywiście należy zwrócić uwagę na odpowiednią ilość spożywanego mięsa. Nadmierne spożycie szkodzi zdrowiu. Jednocześnie powinieneś wybierać świeże, czyste i bezpieczne mięso oraz stosować zdrowe metody gotowania, takie jak ograniczenie smażenia, grillowania i innych metod gotowania w wysokiej temperaturze, aby zachować składniki odżywcze. Ogólnie rzecz biorąc, mięso jest niezbędnym źródłem pożywienia, a umiarkowane spożycie może pomóc w poprawie odporności organizmu. Z tego punktu widzenia musimy poprawić naszą odporność. Cistanche może znacznie poprawić odporność, ponieważ polisacharydy w Cistanche mogą regulować odpowiedź immunologiczną ludzkiego układu odpornościowego, poprawiać zdolność komórek odpornościowych do stresu i wzmacniać działanie bakteriobójcze komórek odpornościowych.

Kliknij dodatek cistanche deserticola

Warto zauważyć, że Se w postaci nanocząstek (SeNP) ma niższą toksyczność, wyższą biodostępność i mniejsze wydalanie u zwierząt i wiąże się z silniejszymi i lepszymi działaniami biologicznymi (przy porównywalnej dawce Se) niż tradycyjne formy chemiczne Se w diecie. W rezultacie obecnie aktywnie bada się rozwój dostosowanych SeNP do ich zastosowania w rolnictwie intensywnym oraz jako kandydatów na leki terapeutyczne w patologiach u ludzi. Ten przegląd podkreśla biologiczny wpływ SeNP na wzrost i wydajność reprodukcyjną, ich rolę w modulowaniu ciepła i stresu oksydacyjnego i zapalenia oraz różne tryby syntezy SeNP.

Słowa kluczowe:

Nano-selen; wzrost; biodostępność; płodność; stres oksydacyjny; zapalenie.

1. Wprowadzenie selenu

Selen elementarny (Se) jest niezbędnym pierwiastkiem o zdolności do poprawy różnych funkcji biologicznych, w tym obrony antyoksydacyjnej, homeostazy redoks, wzrostu, reprodukcji, odporności i produkcji hormonów tarczycy [1]. Selen jest sekwestrowany głównie poprzez dietę i jest obecny w organizmie w śladowych ilościach, chociaż dystrybucja różni się w zależności od rodzaju tkanki.

Zalecana dawka dietetyczna wykazuje wąski margines z udokumentowanymi efektami zarówno korzystnymi, jak i toksycznymi [2,3]. Wcześniejsze badania wykazały, że poziomy fizjologiczne poza zalecanym zakresem spożycia Se są szkodliwe; niski poziom Se w diecie jest powiązany z chorobami tarczycy, cukrzycą i zaburzeniami metabolicznymi, podczas gdy nadmiar Se powoduje cytotoksyczność [4-6]. Dlatego ścisła regulacja optymalnych fizjologicznych poziomów Se jest kluczem do homeostazy metabolicznej i bezpieczeństwa farmakologicznego. Dietetyczny Se jest generalnie pozyskiwany z owoców morza, organów, kawałków mięsa mięśniowego, zbóż i nasion [7].

Jednak różne indywidualne spożycie Se ze względu na lokalne różnice w zawartości Se w glebie (w tym udokumentowany niedobór Se) skłoniły do ​​stosowania suplementów Se w celu osiągnięcia wymaganego dziennego spożycia Se [8].

Ponadto, ponieważ zalecenia dotyczące zdrowia publicznego są bardzo zróżnicowane, a lokalna żywność może również różnić się poziomem elementarnego Se, rozwój suplementacji na bazie Se wymaga starannej oceny, aby zapewnić bezpieczne spożycie, zanim porady będą mogły zostać opublikowane w populacjach ludzkich.

1.1. Selenoproteiny

Biologicznie Se jest włączany głównie do selenoprotein jako aminokwasy selenometionina i selenocysteina w miejscach aktywnych [9]. Na przykład peroksydaza glutationowa (GPx) i dejodynaza jodotyroniny (DIO) są znaczącymi selenoproteinami zaangażowanymi odpowiednio w obronę przeciwutleniającą i metabolizm hormonów tarczycy (patrz ryc. 1).

Aktualna literatura sugeruje, że odpowiedni poziom Se w organizmie jest funkcjonalnie ważny dla różnych aspektów, w tym ochrony przed zwiększonym stresem oksydacyjnym i zmianami fizjologicznej homeostazy metabolicznej.

Natomiast osoby o niskim statusie Se mogą niekorzystnie wpływać na aktywność selenoprotein, gdzie w ciężkich warunkach niedobór Se i wysoki poziom Se są zbieżne z szeregiem patologii, w tym otyłości [10,11], rakiem [12,13], artropatią [14], jak również kilka zaburzeń związanych z układem odpornościowym i neurologicznym [15,16].

Istnieje coraz więcej badań skupiających się na roli Se w profilaktyce raka, co wskazuje na związek między wysokim narażeniem na Se a zmniejszonym ryzykiem raka piersi, przełyku i prostaty [12,18,19]. Ponadto selenit wykazał działanie terapeutyczne przeciwko nowotworom, gdzie leczenie selenitem stymulowało apoptozę komórek nowotworowych poprzez mechanizm obejmujący zwiększone wytwarzanie RFT i akumulację nadtlenku wodoru, co ostatecznie zmniejszało żywotność komórek [20].

Jednak niektóre badania wykazują niespójne wyniki, w których nie stwierdzono korzystnych efektów w badaniach interwencyjnych, które zwiększały spożycie Se w patologiach, w tym w raku, cukrzycy i chorobach układu krążenia; ponadto suplementacja Se korelowała ze zwiększoną częstością występowania raka prostaty i cukrzycy [21,22].

Oceniono związki między Se a kilkoma innymi zaburzeniami zapalnymi. Na przykład ostatnie badania wykazały przeciwzapalną rolę Se w selenowanym rozpuszczalnym błonniku pokarmowym pochodzącym z prosa [22] i preparacie nanocząsteczkowym w mysim modelu nieswoistego zapalenia jelit (IBD) [23-25].

Jeśli chodzi o to drugie, wykazano, że dietetyczny Se utrzymuje homeostazę mikroflory jelitowej i funkcję bariery u myszy z zapaleniem okrężnicy wywołanym przez DSS, z aktywnością ochronną okrężnicy za pośrednictwem Se, charakteryzującą się zmniejszonym tworzeniem RFT, zwiększoną zdolnością przeciwutleniającą i tłumioną jelitową odpowiedzią immunologiczną, chroniąc w ten sposób komórki funkcji i struktur mitochondrialnych przed nadmiernym stresem oksydacyjnym. Inne badania obserwacyjne wykazały również, że pacjenci z IBD mieli niższy poziom Se niż osoby zdrowe, co potencjalnie ilustruje znaczenie Se w diecie jako przeciwutleniacza/mikroskładnika odżywczego w patogenezie IBD u ludzi [26,27].

Dalsze badania wykazały, że poziom Se był powiązany z otyłością, przewlekłą chorobą związaną ze stanem zapalnym, gdzie obserwowano neutralne lub korzystne efekty suplementacji [11,28,29]. Co ciekawe, dostępne dane wskazują, że dymorfizm płciowy odgrywa rolę w determinowaniu przebiegu choroby; tutaj niższy poziom Se wiązał się z wyższym BMI i zwiększonym ryzykiem cukrzycy oraz zgłaszanymi częstościami zawału mięśnia sercowego u kobiet, natomiast u mężczyzn stwierdzono coś przeciwnego [30].

I odwrotnie, współczesne badania wykazały, że suplementacja Se nie moduluje uszkodzeń oksydacyjnych i proliferacji komórek w tkankach piersi u pacjentek ze zwiększonym ryzykiem raka piersi [31]. Inne badania wykazały również, że pacjenci z chorobami zapalnymi, w tym reumatoidalnym zapaleniem stawów (RZS), często spożywali stosunkowo duże ilości selenu [32,33].

Jeszcze inne badania, w których oceniano status Se w surowicy, korelowały RZS z niższymi poziomami Se w surowicy, co sugeruje, że potencjalny mechanizm działania obejmował redystrybucję Se w surowicy do tkanek w celu osłabienia miejscowego stresu oksydacyjnego i produkcji ROS w patogenezie RZS [34,35].

Niespójność wyników udokumentowanych powyżej jest złożonym problemem ze względu na nieodłączne różnice biologiczne i środowiskowe, wraz ze zmiennym (wyjściowym) statusem Se u osób przed suplementacją oraz formami chemicznymi i dawkami stosowanymi w zgłoszonych badaniach suplementacji Se.

Niemniej jednak suplementacja Se w diecie pozostaje popularną opcją stosowaną do promowania zdrowszego stylu życia i optymalizacji nawyków żywieniowych, ponieważ wzbogacenie w ten mikroskładnik odżywczy może potencjalnie promować korzyści zdrowotne u ludzi [22,36].

1.2. Formy chemiczne selenu

Dietary Se jest dostępny w różnych formach chemicznych. Chociaż komercyjne suplementy Se są szeroko dostępne i łatwo dostępne, formy chemiczne Se i dawkowanie w różnych produktach są niespójne i niestandaryzowane. Ponadto formy chemiczne selenu występującego w diecie są również różnorodne, w tym selen organiczny (selenometionina, selenocysteina i selen-metylo-selenocysteina) oraz selen nieorganiczny (selenian i selenit), z których formy organiczne pochodzące z roślin są głównym składnikiem diety źródłem Se w diecie człowieka [37].

Dlatego spożycie różnych źródeł żywności bogatych w Se i suplementów Se może mieć różny wpływ na szlaki metaboliczne i wykazywać różne biologiczne i toksykologiczne skutki dla żywych systemów [38-40].

Pomimo tej luki w wiedzy brakuje badań porównujących specjację Se w różnych formach chemicznych i ich odpowiedni wpływ na różne aspekty zdrowotne u ludzi, podkreślając potrzebę określenia optymalnej formy chemicznej Se z maksymalnymi korzyściami zdrowotnymi, które można poprzeć i opublikować w zaleceniach dietetycznych.

Wcześniejsze badania w dużej mierze badały i porównywały wpływ różnych form chemicznych Se na zdrowie zwierząt hodowlanych, takich jak drób. Biodostępność form organicznych i nieorganicznych Se jest różna, przy czym retencja form organicznych jest większa i efektywniej wykorzystywana przez organizm niż form nieorganicznych [41].

To zróżnicowane zatrzymywanie form organo-Se zostało przypisane selenowi organicznemu, takiemu jak selenometionina, który jest chemicznie podobny do metioniny, która jest powszechnie włączana do puli metioniny w mięśniach jako forma magazynowania selenu. Dlatego na tej podstawie selenometionina jest powszechnie stosowana w paszach do intensywnych praktyk drobiarskich [6,41]. Jednak formy nieorganiczne są łatwo wchłaniane i ogólnie dostępne dowody wskazują, że nieorganiczny Se wykazuje wzmocnione działanie ochronne przed niektórymi patologiami, w tym chorobą Parkinsona [42,43].

Tak więc selenin sodu również łagodził zapalenie jelit i uszkodzenia histologiczne w mysich modelach zapalenia jelita grubego poprzez obniżenie poziomu cytokin prozapalnych i niektórych populacji komórek T, z równoczesnym zwiększeniem poziomu cytokin przeciwzapalnych [44]. Równolegle wykazano, że selenit selektywnie promuje apoptozę w komórkach raka prostaty i płuc in vitro [20,45], co sugeruje inną korzystną aktywność tego pierwiastka śladowego, gdy jest podawany w tej postaci chemicznej.

Ostatnio opracowano szereg syntetycznych związków Se o aktywności biologicznej, a ich efekty terapeutyczne badano na modelach zwierzęcych, które naśladują zaburzenia psychiczne i choroby zwyrodnieniowe. Na przykład wykazano, że siedem związków 3-[(4- chlorofenylo)selanylo]-1-metylo-1H-indol (CMI) łagodzi zaburzenia bariery krew-mózg oraz zmniejszają stan zapalny i stres oksydacyjny w mózgu myszy po septycznych z zaburzeniami psychicznymi, w tym depresją, lękiem i zaburzeniami poznawczymi [46].

W innym badaniu wykazano, że CMI odwraca wywołane stresem zmiany behawioralne podobne do depresji, zapalenie nerwów i brak równowagi oksydacyjnej u myszy poprzez mechanizm związany z obniżeniem poziomu kortykosteronu, zwiększoną aktywnością przeciwutleniającą i hamowaniem stresu oksydacyjnego [47]. Zaobserwowano podobne efekty terapeutyczne wobec zachowań depresyjnych i zaburzeń poznawczych wywołanych przez chorobę i cierpienie związane z leczeniem raka piersi [48]. Ponadto CMI poprawił niezdolność do odczuwania przyjemności i niepokoju wywołanych przez kortykosteron poprzez poprawę zmian behawioralnych i biochemicznych [49].

Wraz z rosnącą częstością występowania depresji i lęków w połączeniu z rosnącą liczbą dowodów wskazujących na właściwości przeciwzapalne i przeciwutleniające Se, cząsteczki zawierające selen są obecnie uważane za obiecującego kandydata terapeutycznego do potencjalnego zwalczania zmian behawioralnych i biochemicznych, które są kluczowe dla rozwoju objawów psychologicznych.

Dostarczanie bioaktywnego ładunku za pomocą nanocząstek stanowi nowatorską, wschodzącą i innowacyjną technologię. Na przykład zastosowanie nanotechnologii w dostarczaniu składników mineralnych w paszach dla zwierząt zwiększa wchłanianie i biodostępność składników odżywczych, co od tego czasu zrewolucjonizowało przemysł drobiarski [50].

Z dostępnej literatury wynika, że ​​Se w postaci nanocząstek (SeNPs) ma zmniejszoną toksyczność, wyższą biodostępność i mniejsze wydalanie i jest powszechnie powiązany ze zwiększoną aktywnością biologiczną w porównaniu z odpowiednimi nieorganicznymi lub organicznymi selenozwiązkami u zwierząt [51-55].

Dlatego w niniejszym przeglądzie podkreślono biologiczny wpływ SeNP na wzrost i wydajność reprodukcyjną, ich rolę w modulowaniu ciepła i stresu oksydacyjnego i stanu zapalnego oraz różne tryby syntezy SeNP.

Chociaż przeprowadzono kilka badań obserwacyjnych na dużą skalę dla różnych nieorganicznych i organicznych form chemicznych Se, jak wspomniano wcześniej, zgodnie z naszą najlepszą wiedzą nie było żadnych prób z użyciem SeNP u ludzi innych niż badania in vitro z użyciem ludzkich linii komórkowych.

2. Nanocząsteczki selenu

Pomimo znaczenia Se dla fizjologicznych funkcji metabolicznych, w tym wzrostu, jak wspomniano powyżej, fizjologiczne poziomy Se występują w wąskim zakresie stężeń między dawkami niedoborowymi, niezbędnymi i toksycznymi [2].

Dlatego ścisła regulacja poziomów Se w fizjologicznie optymalnym zakresie ma kluczowe znaczenie dla utrzymania homeostazy i uniknięcia genotoksyczności. Główną zaletą SeNP jest znacznie niższa toksyczność przy zachowaniu podobnych efektów fizjologicznych i skuteczności we wzmacnianiu aktywności selenoprotein w porównaniu z innymi chemicznymi formami seleno, jak udokumentowano w niektórych [3,55,56], choć nie we wszystkich [57,58 ] dostępnej literatury.

Ta zwiększona aktywność może być przypisana celowanemu dostarczaniu Se do określonych tkanek. Pomimo ograniczonych badań toksykologicznych SeNP, badanie, w którym zbadano i porównano profile toksykologiczne SeNP z organicznym i nieorganicznym Se, wykazało znacznie zmniejszone ryzyko toksyczności dla formy Se nanocząstek [59].

Zatem myszy, którym podawano 2 mg SeNPs/kg masy ciała dziennie, nie wykazywały oznak zahamowania wzrostu, w przeciwieństwie do myszy, którym podawano organiczny i nieorganiczny Se w tej samej dawce, przy czym selenit powodował największe uszkodzenia wątroby i nerek. Nanocząsteczki selenu powodowały również mniejszą śmierć komórek szpiku kostnego niż inne formy selenu, a ponadto zapobiegały uszkodzeniom DNA.

Ponieważ synteza Se przy użyciu metod chemicznych może potencjalnie wykorzystywać toksyczne i szkodliwe odczynniki, rośnie zainteresowanie rozwojem i produkcją SeNP przy użyciu procesów określanych jako „zielona synteza”, w których do generowania SeNP wykorzystuje się mikroorganizmy, w tym bakterie, grzyby i wirusy, a tym samym minimalizowanie zanieczyszczenia środowiska i potencjalnych problemów zdrowotnych wynikających z prekursorów chemicznych [60].

Potencjał SeNP do stosowania jako środków terapeutycznych jest obecnie badany z pojawiającymi się dowodami potwierdzającymi przewagę terapeutyczną w chorobach, takich jak choroba Alzheimera, uszkodzenie wątroby i oporność na środki przeciwdrobnoustrojowe [61-63]. Działania te mogą być związane z poprawą dostarczania leków przez SeNP poprzez zwiększoną selektywność i różnicowanie między chorymi i zdrowymi komórkami, umożliwiając w ten sposób ukierunkowane uwalnianie ładunku w określonych tkankach, a tym samym zmniejszając skutki uboczne [64].

Oprócz poprawy stanów chorobowych, SeNP są również badane w rolnictwie i produkcji roślin spożywczych. Obecnie zgromadzone dowody wskazują, że SeNP stanowią obiecujący czynnik biologiczny, w przypadku którego następuje przyspieszony wzrost zwierząt [65,66], lepszy współczynnik konwersji paszy [41,67], zwiększona odporność (która nadaje zwiększoną odporność na choroby i stres cieplny) [51, 56,65,68,69], poprawa płodności [70,71] i zachowanie jakości mięsa [56,72] do spożycia przez ludzi zostały wykazane w przemyśle akwakultury i drobiu [52].

Jednak suplementacja SeNP pozostaje wyzwaniem, ponieważ suplementacja Se za pomocą SeNP jest stosunkowo nową koncepcją, a SeNP muszą być wytwarzane w różnych stężeniach, aby spełnić wymagania dietetyczne szerokiej gamy zwierząt o różnym wyjściowym statusie Se, aby ostatecznie osiągnąć optymalną suplementację diety.

Niezbędne są dalsze badania w celu ustalenia uzupełniających schematów żywieniowych dla żywienia zwierząt w celu produkcji mięsa wzbogaconego w Se, a tym samym zwiększenia zawartości Se w żywności przeznaczonej do spożycia przez ludzi.

2.1. Mechanizmy bioaktywności nanocząstek selenu

Pomimo obiecujących wyników z SeNP, wiedza na temat mechanizmów wchłaniania SeNP i konwersji metabolicznej w organizmie jest ograniczona, co doprowadziło do obaw związanych z potencjalną długoterminową toksycznością stosowania SeNP [52].

Nanocząsteczki selenu wykazują zwiększone wchłanianie po spożyciu, ponieważ te SeNP są mniejsze i mają większą powierzchnię oraz są bardziej przepuszczalne przez ściany naczyń włosowatych, co prowadzi do lepszego wychwytu przez komórki nabłonkowe i zwiększonej bioaktywności. Warto zauważyć, że SeNP wykazują niższe wskaźniki wydalania w porównaniu z innymi formami Se [73].

Te połączone właściwości zwiększonego wychwytu i zmniejszonego wydalania ułatwiają gromadzenie się SeNP w tkankach piersi i dwunastnicy, dzięki tworzeniu kropelek nanoemulsji o kulistych i niekrystalicznych strukturach, przy mniejszej akumulacji w wątrobie zaangażowanej w detoksykację i klirens [74,75]. ].

To samo badanie wykazało również, że SeNP były nietoksyczne, co wykazano brakiem nieprawidłowości histologicznych w tkankach wątroby i mózgu oraz równoległymi wynikami z innego badania wykazującego znacznie niższą toksyczność SeNP w porównaniu z innymi formami Se [56].

For more information:1950477648nn@gmail.com