Биогенное синтезирование железных наночастиц с использованием Laurencia papillosa: характеристика, оптимизация и двойные применения для удаления тяжёлых металлов и потенциального лечения рака

Морские водоросли, крошечные частицы железа и большие проблемы

Загрязнённая вода и рак — две из самых серьёзных угроз здоровью в мире, и обе трудно решить, не создав при этом новых проблем. В этом исследовании рассматривается изобретательная идея: использовать распространённую красную водоросль Красного моря, Laurencia papillosa, для получения чрезвычайно маленьких железных частиц, которые могут одновременно очищать от тяжёлых металлов сточные воды рыбных ферм и проявлять потенциал против раковых клеток в лаборатории. Это история о превращении морских растений в своего рода мини‑фабрику для экологичной технологии.

От красных водорослей к зелёной технологии

Исследователи начали с коллекции Laurencia papillosa на побережье Красного моря в Египте, сушили и перемалывали водоросль, а затем настаивали её в воде, получая экстракт, богатый природными химическими соединениями. Эти молекулы — такие как сахара, фенольные соединения и другие растительные компоненты — действуют как маленькие помощники, способные преобразовывать растворённые соли железа в твёрдые железные наночастицы. Простое смешивание водного экстракта водоросли с раствором железа при комнатной температуре привело к образованию коричневой суспензии наночастиц без использования агрессивных химикатов, сильного нагрева или дорогостоящего оборудования. Такой «зелёный синтез» делает процесс безопаснее для людей и окружающей среды и потенциально дешевле для масштабирования.

Формирование и настройка наночастиц

Чтобы понять полученный материал, учёные использовали набор методов визуализации и анализа. Электронные микроскопы показали, что частицы почти сферические и чрезвычайно малы — примерно 10–20 миллиардных долей метра в поперечнике — в то время как другие измерения указывали на умеренно стабильный поверхностный заряд. Частицы не были идеально кристаллическими, что на самом деле повышает их химическую реактивность. Команда затем тонко настраивала рецепт с помощью статистического метода, варьируя три ключевых фактора: кислотность (pH), количество экстракта водоросли и время реакции. Они установили, что нейтральный pH 7, относительно высокая концентрация водорослевого экстракта и однодневная реакция дают самый сильный сигнал образования наночастиц, указывая на условия, максимизирующие выход и стабильность.

Очистка тяжёлых металлов из воды рыбных ферм

Далее исследователи проверили, способны ли эти железные наночастицы, полученные из водорослей, очищать сточные воды в реальных условиях. Они собрали сток с рыбоводческого хозяйства, содержащий железо (Fe), марганец (Mn) и цинк (Zn), и перемешали его с небольшим количеством наночастиц. Через 90 минут частицы отделили центрифугированием и измерили оставшиеся металлы. Результаты были впечатляющими: уровень железа снизился приблизительно на 96%, марганца примерно на 58%, а цинка — около 23%. Эти различия отражают силу взаимодействия каждого металла с поверхностью наночастиц. Тем не менее очень высокая степень удаления железа — и значительное уменьшение марганца — указывают на то, что такие частицы могут помочь рыбным хозяйствам и другим объектам снизить металлическое загрязнение с помощью относительно простого, энергосберегающего этапа обработки.

Испытания на раковых клетках в лаборатории

Те же частицы затем протестировали против линий человеческих раковых клеток печени (HepG2) и молочной железы (MDA-MB-231), выращенных в чашках. При обработке клеток возрастающими концентрациями наночастиц в течение 24 часов выживаемость клеток постепенно снижалась в дозозависимой манере. При низких дозах большинство клеток оставалось живыми, но при высоких дозах как печёночные, так и молочные раковые клетки проявляли явные признаки стресса: меньше живых клеток, больше округления и сжатия, а также нарушение слоёв под микроскопом. Клетки молочной железы оказались немного более чувствительными, чем печёночные. Важно, что общая токсичность была относительно низкой по сравнению со многими обычными химиотерапевтическими препаратами, что даёт надежду, что эти частицы можно будет настроить для более безопасных будущих терапий или использовать как носители для более точной доставки лекарств.

Что это может значить для здоровья и окружающей среды

Проще говоря, это исследование показывает, что распространённую красную водоросль можно превратить в природную «фабрику» по производству железных наночастиц, которые выполняют две сложные задачи одновременно: очищают загрязнённую воду от тяжёлых металлов и повреждают раковые клетки в лабораторных тестах. Работа пока находится на ранней стадии — до сих пор только в пробирках и культурах клеток — и требуется больше исследований, чтобы понять, как именно частицы взаимодействуют с живыми тканями и как они ведут себя в реальных системах водоочистки. Но полученные данные указывают на будущее, в котором недорогие растительные наноматериалы помогут обеспечивать более чистую воду и более мягкие методы лечения рака, показывая, как решения крупных проблем здравоохранения и окружающей среды могут возникать из моря.

Цитирование: El Shehawy, A.S., Elsayed, A. & Ali, E.M. Biogenic synthesis of iron nanoparticles using Laurencia papillosa: characterization, optimization, and dual applications in heavy metal removal and potential cancer treatment. Sci Rep 16, 7191 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37139-0

Ключевые слова: зелёная нанотехнология, железные наночастицы, морские водоросли, очистка сточных вод, наномедицина рака