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Jul 26, 2023

Valutazione tossicologica di Phormidium sp. nanoparticelle di ossido di rame derivate per le sue applicazioni biomediche e ambientali

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 6246 (2023) Cita questo articolo 969 Accessi 2 Citazioni 1 Dettagli metriche alternative Spinto dalla necessità di biosintetizzare agenti biomedici alternativi per

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 6246 (2023) Citare questo articolo

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Spinte dalla necessità di biosintetizzare agenti biomedici alternativi per prevenire e curare le infezioni, le nanoparticelle di ossido di rame (CuONP) sono emerse come una strada promettente. La sintesi di CuONP derivata dai cianobatteri è di notevole interesse in quanto offre un percorso ecologico, economico e biocompatibile. Nel presente studio i CuONP biosintetizzati sono stati caratterizzati e studiati per quanto riguarda la loro tossicità. L'analisi morfologica mediante TEM, SEM e AFM ha mostrato la dimensione delle particelle sferiche di 20,7 nm con il 96% di rame che ha confermato la purezza dei CuONP. I CuONP biogenici con un valore IC50 di 64,6 µg ml−1 hanno mostrato il 90% di eliminazione dei radicali liberi nel test di eliminazione dei radicali superossido. I CuONP hanno mostrato un'attività antinfiammatoria potenziata dell'86% della denaturazione delle proteine ​​con un valore IC50 di 89,9 µg ml−1. I CuONP biogenici hanno mostrato una tossicità significativa contro i ceppi batterici con il valore MIC più basso di 62,5 µg ml−1 per B. cereus e il ceppo fungino con un valore MIC di 125 µg ml−1 per C. albicans. Inoltre i CuONP hanno dimostrato un alto grado di interazione sinergica quando combinati con farmaci standard. I CuONP hanno mostrato una significativa citotossicità contro il cancro polmonare non a piccole cellule con un valore IC50 di 100,8 µg ml−1 per A549 e 88,3 µg ml−1 per la linea cellulare H1299 con attività apoptotiche. Inoltre, i CuONP biogenici sono stati valutati per il loro potenziale di degradazione fotocatalitica contro il colorante blu di metilene e sono stati in grado di rimuovere il 94% del colorante in 90 minuti. L'analisi di eliminazione dei radicali liberi ha suggerito che la degradazione del colorante assistita da CuONP era indotta principalmente dai radicali idrossidi. Il CuONP biogenico appare come un fotocatalizzatore ecologico ed economico per il trattamento delle acque reflue contaminate da coloranti sintetici che rappresentano una minaccia per il biota acquatico e la salute umana. Il presente studio ha evidenziato la miscela di potenziale biomedico e fotocatalitico dei CuONP derivati ​​dal Phormidium come un approccio interessante per future applicazioni nella nanomedicina e nel biorisanamento.

In tutto il mondo, l’uso delle nanoparticelle (NP) in campo biomedico ha attirato l’attenzione dei ricercatori. Il ridotto rapporto superficie/volume rispetto al materiale sfuso è responsabile delle loro proprietà migliorate o uniche. Poiché consente alle NP di interagire con un elevato grado di specificità e una maggiore efficacia per combattere le malattie infettive1,2. Tra i vari ossidi metallici NP, le nanoparticelle di ossido di rame (CuONP) hanno guadagnato un notevole interesse grazie alla loro elevata stabilità, maggiore durata di conservazione, elevata efficienza quantica e attività antimicrobica. L'ampia applicazione biomedica dei CuONP come attività antiossidante, antimicrobica, antinfiammatoria, antivirale, citotossica e antitumorale li ha resi ottimi candidati per l'uso come agenti terapeutici3,4,5,6,7. Una maggiore durata di conservazione e stabilità rendono inoltre i CuONP il candidato adatto nella biotecnologia ambientale per la purificazione dell'acqua e l'eliminazione degli inquinanti dagli effluenti industriali senza la formazione di sottoprodotti nocivi8. Nel corpo umano il rame (Cu) è presente in oligoelementi che si trovano in enzimi come la superossido dismutasi, il citocromo ossidasi e la tirosinasi6. Inoltre funge da cofattore per molteplici enzimi responsabili della produzione di neuropeptidi, del meccanismo di segnalazione cellulare, dello stress ossidativo e della funzione delle cellule immunitarie negli esseri umani9.

La sintesi di CuONP può essere effettuata mediante diversi processi fisici, chimici e biologici. Gli approcci di sintesi fisica e chimica presentano inconvenienti quali reagenti costosi, condizioni di reazione pericolose, tempi più lunghi, processi noiosi per isolare le NP e danni agli ecosistemi e alla salute umana10,11. Pertanto, per superare queste carenze, per la fabbricazione di NP è stato utilizzato il principio della chimica verde che utilizza risorse naturalmente disponibili come virus, batteri, cianobatteri, funghi, alghe e piante. I cianobatteri (alghe blu-verdi) formano uno dei gruppi ancestrali più grandi e primitivi con strutture cellulari procariotiche che hanno la capacità di fotosintesi dipendente dall'anidride carbonica. I cianobatteri hanno ricevuto molta attenzione scientifica per la loro capacità di sintetizzare NP, non solo per la loro elevata efficienza di biomassa, ma anche per il loro potenziale di biorisanamento di metalli pericolosi e di trasformarli in forme più gestibili13. Questi sono in grado di sintetizzare NP inorganiche e di ossidi metallici, ad esempio nanoparticelle di selenio, zinco, platino, palladio, oro e argento14,15,16,17,18. La sintesi facilitata delle NP dai cianobatteri avviene sia a livello extracellulare, che comporta la produzione dell'enzima reduttasi a causa delle interazioni elettrostatiche, sia a livello intracellulare, cioè all'interno delle cellule, mediante l'attività degli enzimi13.