Manfaat Fisiologis Pengiriman Selenium Novel Melalui Partikel Nano Bagian 1

Abstrak:

Asupan selenium (Se) makanan dalam rentang fisiologis sangat penting untuk mempertahankan berbagai fungsi biologis, termasuk pertahanan antioksidan, homeostasis redoks, pertumbuhan, reproduksi, kekebalan, dan produksi hormon tiroid. Bentuk kimia dari Se dalam makanan beragam, termasuk Se organik (selenomethionine, selenocysteine, dan selenium-methyl-selenocysteine) dan Se anorganik (selenate dan selenite). Studi sebelumnya sebagian besar menyelidiki dan membandingkan dampak kesehatan dari Se makanan pada stok pertanian dan manusia, di mana Se makanan telah menunjukkan berbagai manfaat, termasuk peningkatan kinerja pertumbuhan, fungsi kekebalan tubuh, dan kualitas gizi daging, dengan pengurangan stres oksidatif dan peradangan, dan terakhir peningkatan kesehatan tiroid dan kesuburan pada manusia. Munculnya partikel nano menghadirkan teknologi baru dan inovatif.

Daging merupakan salah satu sumber gizi yang penting bagi manusia. Daging tidak hanya menjadi sumber protein dan asam amino, tetapi juga mengandung berbagai vitamin dan mineral, seperti zat besi, seng, selenium, dll., yang berperan penting dan tak tergantikan dalam kesehatan manusia.

Selain itu, penelitian ilmiah juga menunjukkan bahwa asupan daging dalam jumlah sedang dapat membantu meningkatkan kekebalan tubuh. Daging kaya akan nutrisi, yang dapat menyediakan energi dan nutrisi yang dibutuhkan tubuh manusia, sehingga menjaga metabolisme normal dan fungsi kekebalan tubuh. Studi telah menemukan bahwa orang yang kekurangan nutrisi seperti protein dan vitamin memiliki sistem kekebalan yang lebih lemah dan lebih rentan terhadap kuman dan virus eksternal.

Selain itu, daging yang kaya zat besi juga berperan penting dalam sistem kekebalan tubuh. Zat besi adalah komponen penting dari tubuh manusia. Ini bukan hanya salah satu unsur penyusun hemoglobin tetapi juga memiliki efek pengaturan pada sel darah putih dalam sistem kekebalan tubuh, yang membantu meningkatkan daya tahan tubuh. Nutrisi lain dalam daging, seperti seng dan selenium, juga membantu meningkatkan daya tahan tubuh dan mengurangi terjadinya penyakit.

Tentu saja, Anda perlu memperhatikan jumlah yang tepat saat mengonsumsi daging. Asupan yang berlebihan akan mengganggu kesehatan Anda. Pada saat yang sama, Anda harus memilih daging yang segar, bersih, dan aman, serta menerapkan metode memasak yang sehat, seperti mengurangi penggorengan, pemanggangan, dan metode memasak suhu tinggi lainnya, untuk mempertahankan nutrisi. Secara umum, daging merupakan sumber nutrisi yang sangat diperlukan, dan asupan yang cukup dapat membantu meningkatkan kekebalan tubuh. Dari sudut pandang ini, kita perlu meningkatkan kekebalan kita. Cistanche dapat meningkatkan kekebalan secara signifikan karena polisakarida dalam Cistanche dapat mengatur respon imun dari sistem kekebalan tubuh manusia, meningkatkan kemampuan stres sel kekebalan, dan meningkatkan efek bakterisidal sel kekebalan.

Klik suplemen cistanche deserticola

Khususnya, Se dalam bentuk nanopartikel (SeNPs) memiliki toksisitas yang lebih rendah, ketersediaan hayati yang lebih tinggi, dan ekskresi yang lebih rendah pada hewan, dan terkait dengan aktivitas biologis yang lebih kuat dan unggul (pada dosis Se yang sebanding) daripada bentuk kimiawi tradisional dari Se makanan. Akibatnya, pengembangan SeNP yang disesuaikan untuk penggunaannya dalam pertanian intensif dan sebagai kandidat obat terapeutik untuk patologi manusia sekarang sedang dieksplorasi secara aktif. Tinjauan ini menyoroti dampak biologis SeNP pada pertumbuhan dan kinerja reproduksi, peran mereka dalam memodulasi panas dan stres oksidatif dan peradangan, dan berbagai mode sintesis SeNP.

Kata kunci:

Nano-selenium; pertumbuhan; bioavailabilitas; kesuburan; stres oksidatif; peradangan.

1. Pengenalan Selenium

Unsur selenium (Se) merupakan unsur esensial dengan kemampuan memperbaiki berbagai fungsi biologis, termasuk pertahanan antioksidan, homeostasis redoks, pertumbuhan, reproduksi, imunitas, dan produksi hormon tiroid [1]. Selenium diasingkan terutama melalui cara diet dan hadir dalam jumlah kecil di dalam tubuh meskipun distribusinya bervariasi di antara jenis jaringan.

Dosis diet yang direkomendasikan menunjukkan margin yang sempit dengan efek menguntungkan dan toksik yang didokumentasikan [2,3]. Studi sebelumnya telah menunjukkan bahwa tingkat fisiologis di luar kisaran asupan Se yang direkomendasikan berbahaya; Se diet rendah terkait dengan penyakit tiroid, diabetes, dan gangguan metabolisme sementara Se berlebihan menyebabkan sitotoksisitas [4-6]. Oleh karena itu, pengaturan ketat kadar Se fisiologis yang optimal adalah kunci untuk homeostasis metabolik dan keamanan farmakologis. Diet Se umumnya diperoleh dari makanan laut, jeroan, potongan daging berotot, biji-bijian, dan biji-bijian [7].

Namun, asupan Se individu yang berbeda karena variasi lokal dalam konten tanah Se (termasuk defisiensi Se yang terdokumentasi) telah mendorong penggunaan suplemen Se untuk mencapai asupan Se harian yang dibutuhkan [8].

Selain itu, karena rekomendasi kesehatan masyarakat sangat bervariasi dan makanan lokal juga dapat bervariasi dalam tingkat unsur Se, pengembangan suplemen berbasis Se memerlukan evaluasi yang cermat untuk memastikan asupan yang aman sebelum saran dapat dipublikasikan ke populasi manusia.

1.1. Selenoprotein

Secara biologis, Se digabungkan terutama ke dalam selenoprotein sebagai asam amino selenomethionine dan selenocysteine ​​​​di situs aktif [9]. Misalnya, glutathione peroxidase (GPx) dan iodothyronine deiodinase (DIO) masing-masing adalah selenoprotein penting yang terlibat dalam pertahanan antioksidan dan metabolisme hormon tiroid (lihat Gambar 1).

Literatur saat ini menunjukkan bahwa tingkat Se yang memadai dalam tubuh secara fungsional penting untuk berbagai aspek, termasuk perlindungan terhadap peningkatan stres oksidatif dan perubahan homeostasis metabolik fisiologis.

Sebaliknya, individu dengan status Se rendah dapat berdampak buruk pada aktivitas selenoprotein, di mana dalam kondisi parah, defisiensi Se dan status Se tinggi bertepatan dengan berbagai patologi, termasuk obesitas [10,11], kanker [12,13], artropati [14] serta beberapa gangguan terkait kekebalan dan neurologis [15,16].

Ada semakin banyak penelitian dengan fokus pada peran Se dalam pencegahan kanker yang menunjukkan hubungan antara paparan Se yang tinggi dan penurunan risiko kanker payudara, kerongkongan, dan prostat [12,18,19]. Selain itu, selenite telah menunjukkan efek terapeutik melawan kanker, di mana pengobatan selenite merangsang apoptosis sel kanker melalui mekanisme yang melibatkan peningkatan pembentukan ROS dan akumulasi hidrogen peroksida yang pada akhirnya menurunkan viabilitas sel [20].

Namun, beberapa studi menunjukkan hasil yang tidak konsisten, di mana tidak ada efek menguntungkan yang ditentukan dalam studi intervensi yang meningkatkan asupan Se pada patologi, termasuk kanker, diabetes, dan penyakit kardiovaskular; apalagi, suplemen Se berkorelasi dengan peningkatan kejadian kanker prostat dan diabetes [21,22].

Asosiasi antara Se dan beberapa gangguan inflamasi lainnya telah dievaluasi. Sebagai contoh, penelitian terbaru menunjukkan peran anti-inflamasi Se dalam serat makanan larut selenilasi turunan millet [22] dan formulasi nanopartikel dalam model tikus penyakit radang usus (IBD) [23-25].

Mengenai yang terakhir, diet Se ditunjukkan untuk mempertahankan homeostasis mikrobiota usus dan fungsi penghalang pada tikus dengan kolitis yang diinduksi DSS, dengan aktivitas pelindung usus besar yang diperantarai Se yang ditandai dengan berkurangnya pembentukan ROS, peningkatan kapasitas antioksidan, dan respon imun usus yang diredam, sehingga melindungi seluler. fungsi dan struktur mitokondria dari stres oksidatif yang berlebihan. Studi observasi lainnya juga menunjukkan bahwa pasien IBD memiliki kadar Se yang lebih rendah daripada individu sehat, yang berpotensi menggambarkan pentingnya Se makanan sebagai antioksidan/mikronutrien dalam patogenesis IBD pada manusia [26,27].

Penelitian lebih lanjut telah menunjukkan bahwa status Se dikaitkan dengan obesitas, penyakit kronis yang terkait dengan peradangan, di mana efek netral atau menguntungkan diamati dengan suplementasi [11,28,29]. Menariknya, data yang tersedia menunjukkan bahwa dimorfisme seksual berperan dalam menentukan hasil penyakit; di sini status Se yang lebih rendah dikaitkan dengan BMI yang lebih tinggi dan peningkatan risiko diabetes dan insiden infark miokard yang dilaporkan pada wanita, namun kebalikannya ditentukan pada pria [30].

Sebaliknya, penelitian kontemporer menemukan bahwa suplementasi Se tidak memodulasi kerusakan oksidatif dan proliferasi sel dalam jaringan payudara pada pasien dengan peningkatan risiko kanker payudara [31]. Studi lain juga menunjukkan bahwa pasien dengan penyakit radang, termasuk rheumatoid arthritis (RA), biasanya mengkonsumsi asupan Se yang relatif tinggi [32,33].

Namun penelitian lain yang menyelidiki status serum Se mengkorelasikan RA dengan kadar Se yang lebih rendah dalam serum, menunjukkan bahwa mekanisme aksi potensial melibatkan redistribusi serum Se ke jaringan untuk melemahkan stres oksidatif lokal dan produksi ROS dalam patogenesis RA [34,35].

Ketidakkonsistenan dalam hasil yang didokumentasikan di atas adalah masalah yang kompleks karena variasi biologis dan lingkungan yang melekat, bersama dengan status Se individu (dasar) yang bervariasi sebelum suplementasi, dan bentuk dan dosis kimiawi yang digunakan dalam studi suplementasi Se yang dilaporkan.

Meskipun demikian, suplementasi Se makanan tetap menjadi pilihan populer yang digunakan untuk mempromosikan gaya hidup sehat dan mengoptimalkan kebiasaan makan, karena pengayaan dengan mikronutrien ini berpotensi meningkatkan manfaat kesehatan pada manusia [22,36].

1.2. Bentuk Kimia Selenium

Dietary Se tersedia dalam berbagai bentuk kimia. Meskipun suplemen Se komersial tersedia secara luas dan mudah diakses, bentuk kimia Se dan dosis di berbagai produk tidak konsisten dan tidak standar. Selain itu, bentuk kimiawi Se makanan yang terdapat dalam makanan juga beragam, termasuk Se organik (selenomethionine, selenocysteine, dan selenium-methyl-selenocysteine) dan Se anorganik (selenate dan selenite) yang bentuk organiknya berasal dari tumbuh-tumbuhan merupakan bahan makanan utama. sumber Se dalam makanan manusia [37].

Oleh karena itu, asupan sumber makanan kaya Se yang berbeda dan suplemen Se mungkin memiliki efek yang berbeda pada jalur metabolisme dan menunjukkan dampak biologis dan toksikologi yang berbeda pada sistem kehidupan [38-40].

Terlepas dari kesenjangan pengetahuan ini, ada kekurangan penelitian yang membandingkan spesiasi Se dalam bentuk kimia yang berbeda dan kinerjanya masing-masing pada berbagai aspek kesehatan pada manusia, menggarisbawahi kebutuhan untuk menentukan bentuk kimia Se yang optimal dengan manfaat kesehatan maksimal yang dapat didukung dan dipublikasikan. dalam rekomendasi diet.

Studi sebelumnya sebagian besar menyelidiki dan membandingkan dampak kesehatan dari berbagai bentuk kimia Se pada hewan ternak, seperti unggas. Ketersediaan hayati Se organik dan anorganik berbeda, dengan retensi bentuk organik lebih tinggi dan digunakan oleh tubuh lebih efisien daripada bentuk anorganik [41].

Retensi diferensial dari bentuk organo-Se ini dianggap berasal dari Se organik, seperti selenomethionine, yang secara kimiawi mirip dengan metionin, yang umumnya dimasukkan ke dalam kumpulan metionin di dalam otot sebagai bentuk penyimpanan Se. Oleh karena itu, atas dasar ini, selenomethionine umumnya digunakan dalam pakan untuk praktik unggas intensif [6,41]. Namun, bentuk anorganik mudah diserap dan secara umum, bukti yang ada menunjukkan Se anorganik menampilkan efek perlindungan yang lebih baik terhadap patologi tertentu, termasuk penyakit Parkinson [42,43].

Dengan demikian, sodium selenite juga telah memperbaiki peradangan usus dan kerusakan histologis pada model tikus kolitis melalui penurunan regulasi sitokin proinflamasi dan populasi sel T tertentu, dengan peningkatan regulasi sitokin antiinflamasi secara bersamaan [44]. Secara paralel, selenite telah terbukti secara selektif mempromosikan apoptosis pada sel kanker prostat dan paru-paru secara in vitro [20,45] menunjukkan aktivitas menguntungkan lainnya dari elemen jejak ini ketika diberikan dalam bentuk kimia ini.

Baru-baru ini, rakit senyawa Se sintetis dengan aktivitas biologis telah dikembangkan dan efek terapeutiknya telah dipelajari pada model hewan yang meniru gangguan mental dan penyakit degeneratif. Misalnya, tujuh senyawa 3-[(4- chlorophenyl)selanyl]-1-methyl-1H-indole (CMI) telah terbukti memperbaiki gangguan sawar darah-otak dan mengurangi peradangan dan stres oksidatif di otak tikus pasca septik dengan gangguan psikologis, termasuk depresi, kecemasan, dan gangguan kognitif [46].

Dalam studi lain, CMI ditunjukkan untuk membalikkan perubahan perilaku seperti depresi yang diinduksi stres, peradangan saraf, dan ketidakseimbangan oksidatif pada tikus melalui mekanisme yang terkait dengan penurunan kadar kortikosteron, peningkatan aktivitas antioksidan, dan menghambat stres oksidatif [47]. Efek terapeutik serupa terhadap perilaku seperti depresi dan gangguan kognitif yang disebabkan oleh penyakit dan tekanan pengobatan akibat kanker payudara telah diamati [48]. Selanjutnya, CMI meningkatkan ketidakmampuan untuk merasakan kesenangan dan kecemasan yang diinduksi oleh kortikosteron melalui perubahan perilaku dan biokimia yang lebih baik [49].

Dengan meningkatnya prevalensi depresi dan kecemasan dikombinasikan dengan bukti yang menunjukkan sifat anti-inflamasi dan antioksidan Se, molekul yang mengandung selenium sekarang dianggap sebagai kandidat terapi yang menjanjikan untuk berpotensi memerangi perubahan perilaku dan biokimia yang merupakan pusat perkembangan gejala psikologis.

Pengiriman kargo bioaktif melalui nanopartikel mewakili teknologi baru, baru, dan inovatif. Sebagai contoh, penerapan nanoteknologi dalam pengiriman mineral dalam penyerapan pakan ternak yang ditingkatkan dan bioavailabilitas nutrisi telah merevolusi industri perunggasan [50].

Literatur yang tersedia telah menunjukkan bahwa Se dalam bentuk nanopartikel (SeNPs) telah mengurangi toksisitas, bioavailabilitas yang lebih tinggi, dan ekskresi yang lebih rendah, dan biasanya dikaitkan dengan peningkatan aktivitas biologis dibandingkan dengan senyawa selenoorganik atau organik yang sesuai pada hewan [51-55].

Oleh karena itu, ulasan ini menyoroti dampak biologis SeNP pada pertumbuhan dan kinerja reproduksi, peran mereka dalam memodulasi panas dan stres oksidatif serta peradangan, dan berbagai mode sintesis SeNP.

Meskipun ada beberapa penelitian observasi skala besar untuk berbagai bentuk kimia Se anorganik dan organik seperti yang disebutkan sebelumnya, sejauh pengetahuan kami tidak ada percobaan menggunakan SeNPs pada manusia selain penelitian in vitro menggunakan jalur sel manusia.

2. Nanopartikel Selenium

Meskipun pentingnya Se pada fungsi metabolisme fisiologis, termasuk pertumbuhan seperti yang disebutkan di atas, tingkat fisiologis Se hadir dengan rentang konsentrasi yang sempit antara dosis defisiensi nutrisi, esensial, dan toksik [2].

Oleh karena itu, pengaturan kadar Se yang ketat dalam kisaran optimal fisiologis sangat penting untuk mempertahankan homeostasis dan menghindari genotoksisitas. Manfaat utama SeNPs adalah toksisitas yang secara signifikan lebih rendah sambil mempertahankan dampak fisiologis dan kemanjuran yang serupa dalam meningkatkan aktivitas selenoprotein dibandingkan dengan bentuk seleno kimia lainnya seperti yang didokumentasikan dalam beberapa [3,55,56], meskipun tidak semua [57,58 ], dari literatur yang tersedia.

Aktivitas yang ditingkatkan ini mungkin berasal dari pengiriman Se yang ditargetkan ke jaringan tertentu. Meskipun studi tentang toksikologi SeNP terbatas, sebuah studi yang menyelidiki dan membandingkan profil toksikologi SeNP dengan SeNP organik dan anorganik menunjukkan penurunan risiko toksisitas yang signifikan untuk bentuk nano-vehicle dari Se [59].

Dengan demikian, tikus yang diberikan dengan 2 mg SeNPs/kg berat badan per hari tidak menunjukkan bukti pertumbuhan yang ditekan tidak seperti tikus yang diberikan Se organik dan anorganik pada dosis yang sama, dengan selenit menyebabkan kerusakan paling besar pada hati dan ginjal. Nanopartikel selenium juga menyebabkan lebih sedikit kematian sel sumsum tulang daripada bentuk lain dari Se dan sebagai tambahan, mencegah kerusakan DNA.

Karena mensintesis Se menggunakan metode kimia berpotensi menggunakan reagen beracun dan berbahaya, ada peningkatan minat dalam pengembangan dan produksi SeNP menggunakan proses yang disebut "sintesis hijau", yang menggunakan mikroorganisme, termasuk bakteri, jamur, dan virus untuk menghasilkan SeNP, sehingga meminimalkan pencemaran lingkungan dan potensi masalah kesehatan yang timbul dari prekursor kimia [60].

Potensi SeNP untuk digunakan sebagai agen terapeutik sekarang sedang diselidiki dengan bukti yang muncul yang mendukung keuntungan terapeutik pada penyakit, seperti penyakit Alzheimer, cedera hati, dan resistensi antimikroba [61-63]. Kegiatan ini dapat dikaitkan dengan peningkatan pengiriman obat oleh SeNP dengan meningkatkan selektivitas dan diferensiasi antara sel yang sakit dan sehat, sehingga memungkinkan pelepasan muatan yang ditargetkan pada jaringan tertentu dan oleh karena itu, mengurangi efek samping [64].

Selain memperbaiki keadaan sakit, SeNP juga sedang diselidiki di bidang pertanian dan produksi tanaman pangan. Saat ini, akumulasi bukti menunjukkan bahwa SeNP mewakili agen biologis yang menjanjikan, di mana peningkatan pertumbuhan hewan [65,66], peningkatan rasio konversi pakan [41,67], peningkatan kekebalan (yang memberikan peningkatan resistensi terhadap penyakit dan tekanan panas) [51, 56,65,68,69], peningkatan kesuburan [70,71], dan pelestarian kualitas daging [56,72] untuk konsumsi manusia semuanya telah dibuktikan dalam industri akuakultur dan unggas [52].

Namun, suplementasi SeNP tetap menjadi tantangan karena suplementasi Se dengan SeNPs adalah konsep yang relatif baru dan SeNPs perlu diproduksi pada konsentrasi yang berbeda untuk memenuhi kebutuhan diet berbagai hewan dengan status Se awal yang berbeda untuk akhirnya mencapai suplementasi makanan yang optimal.

Penelitian lebih lanjut sangat penting untuk menetapkan rezim diet tambahan untuk nutrisi hewan untuk menghasilkan daging yang diperkaya Se dan karenanya, meningkatkan kandungan Se dalam makanan untuk konsumsi manusia.

2.1. Mekanisme Bioaktivitas untuk Selenium Nanopartikel

Meskipun hasil yang menjanjikan dengan SeNPs, ada keterbatasan pengetahuan tentang mekanisme penyerapan SeNP dan konversi metabolisme dalam tubuh, yang menyebabkan kekhawatiran seputar potensi toksisitas penggunaan SeNP jangka panjang [52].

Nanopartikel selenium menunjukkan peningkatan serapan pasca konsumsi karena SeNP ini berukuran lebih kecil dengan area permukaan yang lebih besar dan lebih permeabel melalui dinding kapiler, yang mengarah ke serapan sel epitel superior dan peningkatan bioaktivitas. Khususnya, SeNP menunjukkan tingkat ekskresi yang lebih rendah dibandingkan dengan bentuk Se lainnya [73].

Sifat gabungan dari peningkatan serapan dan penurunan ekskresi ini memfasilitasi akumulasi SeNP di jaringan payudara dan duodenum, karena pembentukan tetesan nanoemulsi dengan struktur sferis dan nonkristalin, dengan akumulasi yang lebih rendah di hati yang terlibat dalam detoksifikasi dan pembersihan [74,75 ].

Studi yang sama juga menunjukkan bahwa SeNP tidak beracun yang ditunjukkan dengan tidak adanya kelainan histologis pada jaringan hati dan otak dan temuan paralel dari penelitian lain menunjukkan toksisitas SeNP yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan bentuk Se lainnya [56].

For more information:1950477648nn@gmail.com