基于芝麻菜多糖介导的氧化镍纳米颗粒的抗菌作用机制洞察

为何这些小型绿色制备颗粒重要

抗生素耐药性感染正在削弱许多常用药物的疗效，促使科学家寻找阻止有害微生物的新方法。本研究探讨了一个简单但颇具前景的想法：利用芝麻菜种子中的天然凝胶合成一种微小的镍基颗粒，这些颗粒能够损伤细菌，同时对人类红细胞表现出较低的毒性。

把花园种子变成有用的工具

芝麻菜种子在浸泡于水中时会释放出富含天然糖类的黏稠凝胶。研究人员对这些种子多糖进行了纯化，并在实验室中将其用作一种“助剂”来制备氧化镍纳米颗粒。当镍盐溶液被缓慢加入芝麻菜多糖溶液并加热时，混合物变为黑灰色，表明纳米颗粒已形成。通过光学吸收、晶体结构、表面化学和元素成分等常规测试，研究团队确认成功制得了稳定且被糖类包覆的氧化镍纳米颗粒。

评估对人类红细胞的安全性

任何新的抗微生物材料都必须对人体安全。为此，团队将芝麻菜多糖及其制备的镍颗粒与人类红细胞混合，测量细胞破裂的比例。在所测试的浓度范围内，单纯的多糖和被多糖包覆的纳米颗粒引起的损伤都非常少，即使在最高粒子剂量下，破裂细胞比例也不到5%。这些结果表明，芝麻菜的包覆有助于在简单体外条件下维持颗粒与血液的相容性。

对有害细菌的考验

随后，科学家用芝麻菜多糖或芝麻菜制备的镍颗粒分别挑战四种致病细菌。所选细菌包括两种厚细胞壁类型的金黄色葡萄球菌和破伤风梭菌，以及两种具有外膜的菌株大肠埃希菌和肺炎克雷伯菌。在平板实验中，纳米颗粒形成了明显的抑菌环，且随剂量增加抑菌环扩大。更精确的液体培养测试显示，纳米颗粒在更易受损的细菌上以较低剂量即可抑制生长，而更耐的菌株需要更高剂量，且在所有情况下纳米颗粒的效果均优于单独的多糖。

这些微小颗粒如何削弱病原体

为揭示颗粒损伤微生物的机制，研究者追踪了处理后细胞内的若干应激指标。首先，他们测量了活性氧物种（一类能攻击细胞多种成分的强氧化因子）。暴露于芝麻菜-镍颗粒的细菌在该测试中信号明显增强，显示出远高于仅给予多糖的氧化应激水平。随后，他们通过测定溢出到周围液体中的蛋白质来评估细胞膜通透性；随纳米颗粒剂量增加，蛋白外泄显著上升，尤其在那些壁更厚但结构更简单的细菌中更明显。最后，他们检查了细菌DNA，发现受颗粒处理的细胞呈现拖影和断裂的遗传物质，表明损伤已深入至细胞核心。

这项工作对未来疗法的意义

综合来看，研究结果表明，基于芝麻菜的氧化镍纳米颗粒可通过诱导有害氧化反应、破坏细胞表面并断裂DNA等途径损伤多种细菌，同时在短期体外测试中对红细胞的直接危害较低。对普通读者而言，这意味着可能存在将常见植物材料转化为对抗顽固感染的环保新工具的途径。然而，在此类颗粒走出实验室之前，还需要在活体与环境条件下进行更多深入测试，以确保抑制病原体的手段不会同时危害人类或生态系统。

引用: Jamil, Y., Ali, M., Ali, S. et al. Insights into the antibacterial mode of action of cress polysaccharide-mediated NiO nanoparticles. Sci Rep 16, 14839 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45381-9

关键词: 绿色纳米材料, 氧化镍纳米颗粒, 抗菌机制, 活性氧物种, 抗菌药物耐药性