Síntesis, caracterización y aplicaciones biomédicas de nanopartículas de plata usando extractos acuosos de solanum mammosum l
- Autores: María Fernanda Pilanquinga Flores
- Directores de la Tesis: Jeroni Morey Salva (dir. tes.), María Nieves Piña Capó (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de les Illes Balears ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Maria del Carmen Rotger Pons (presid.), Joan David Gutiérrez Castillo (secret.), Jordi Díaz Marcos (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ciencia y Tecnología Química por la Universidad de las Illes Balears
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
- español
A nivel mundial las enfermedades infecciosas son la principal causa de mortalidad. Los virus y bacterias están relacionados con la salud del hombre desde la antigüedad, y si bien la humanidad ha tratado de controlarlos, muchos están presentes y aún no se dispone de un tratamiento efectivo para erradicarlos. La nanotecnología se propone como una nueva estrategia de análisis, detección y control. Una muestra de ello es el esfuerzo que toda la comunidad científica ha centrado sobre el coronavirus SARS-CoV-2 desde finales del año 2019. Las nanopartículas de plata (AgNPs) son reconocidas en el campo biomédico por su acción antiviral y antimicrobiana desde hace siglos. En este estudio se presenta una revisión bibliográfica sobre el uso de AgNPs como potencial agente antiviral contra el virus causante de la enfermedad COVID-19, mecanismo de acción, así como su toxicidad, vías de exposición y extrapolación de dosificación en seres humanos. En la parte experimental se propuso un método de síntesis de AgNPs amigable con el medio ambiente, utilizando la especie Solanum mammosum L. planta reconocida por su acción biocida. Como aplicación en el campo biomédico, se determinó el efecto de las AgNPs obtenidas del extracto acuoso de las hojas sobre los bacteriófagos PhiX174 y Phi6 (sustituto de SARS-CoV-2), en comparación con nanopartículas de oro (AuNPs). Además, se estudió la actividad antiviral de las AgNPs usando el extracto acuoso del fruto sobre el vector trasmisor del arbovirus (Aedes aegypti). Finalmente, se determinó la actividad antioxidante del extracto acuoso de las hojas y AgNPs a través de diferentes métodos como capacidad de absorción de radicales de oxígeno usando fluorescencia (ORAC-FL), in vitro sobre células VERO midiendo la actividad antioxidante celular (CAA), voltametría cíclica y de pulso diferencial (CV y DPV), contenido polifenólico total por Folin-Ciocalteu y cromatografía líquida de alta eficiencia con detector de arreglo de diodos (HPLC-DAD). Se obtuvieron AgNPs de 15.92 ± 8.03 y 5.2 ± 2.3 nm con el extracto acuoso de las hojas por calentamiento en placa y microondas respectivamente, y 15.3 ± 4.8 nm usando el fruto. Las técnicas de caracterización empleadas fueron microscopía de transmisión electrónica y de alta resolución (TEM y HRTEM) respectivamente, difracción de rayos X (XRD), microscopía de barrido electrónico con detector de energía dispersiva (SEM-EDX), dispersión dinámica de luz (DLS), y espectrofotometría UV-Vis e infrarrojos (FT-IR). Como resultado del estudio de actividad antiviral, se obtuvo mayor efectividad de las AgNPs (99.94 % a 0.01 mg/mL) sobre las AuNPs (99.30% a 1 mg/mL), así como letalidad a nivel celular sobre el hospedador de Phi6 (Pseudomona aureoginosa); también se evidenció mayor toxicidad de los precursores inorgánicos. La toxicidad de AgNPs usando el extracto acuoso del fruto sobre Aedes aegypti, mosquito responsable de producir enfermedades tales como el dengue, fiebre amarilla, y los virus Zika y chikungunya, presentaron una concentración letal (LC50) 25000 veces mayor que el extracto. Respecto a la capacidad antioxidante, los valores del extracto acuoso de las hojas obtenidos por diferentes técnicas fueron mayores respecto a las AgNPs, sugiriendo su participación en la reacción química de síntesis; se determinó que tanto el extracto como las AgNPs generaron actividad antioxidante a nivel celular y que el ácido gálico fue el compuesto mayoritario en el análisis polifenólico. Finalmente, se ensayó su actividad antimicrobiana sobre las bacterias Escherichia coli y Bacillus sp., sugiriendo menor toxicidad que el fruto. Se concluye que las AgNPs usando los extractos acuosos de las hojas y fruto de S. mammosum L., son una alternativa ecológica y efectiva como agentes antivirales, contra vectores y para detectar nuevas especies antioxidantes derivadas de extractos de plantas con potencial aplicación biomédica.
- English
Globally, infectious diseases are the leading cause of death. Viruses and bacteria have been linked to human health since ancient times, and while humanity has tried to control them, many are still present, and effective treatments to eradicate them are not yet available. Nanotechnology has been proposed as a new strategy for analysis, detection, and control. One example of this strategy has been the effort that the entire scientific community has focused on the SARS-CoV-2 coronavirus since the end of 2019. Silver nanoparticles (AgNPs), for instance, are recognized in the biomedical field for their longstanding antiviral and antimicrobial action. The present study presents a literature review regarding the use of AgNPs as a potential antiviral agent against the virus that causes COVID-19, as well as their mechanism of action, toxicity, routes of exposure, and dosage extrapolation in humans. In the experimental section, an environmentally friendly AgNP synthesis method is proposed, using the species Solanum mammosum L., a plant known for its biocidal effect. In the biomedical area, the effect of AgNPs on the bacteriophages PhiX174 and Phi6 (substitute for SARS-CoV-2) was compared to that of gold nanoparticles (AuNPs) using the aqueous extract of the leaves. Additionally, AgNPs' activiral activity on the arbovirus-transmitting vector (Aedes aegypti) was studied. Finally, AgNPs' antioxidant capacity using the aqueous extract of the leaves was analyzed using different methods, including chemical-level and in vitro oxygen radical absorption capacity using fluorescein (ORAC-FL) to measure cellular antioxidant activity (CAA) in VERO cells, cyclic voltammetry (CV) and differential pulse voltammetry (DPV), total polyphenolic content with the Folin-Ciocalteu method, and high-performance liquid chromatography with diode array detection (HPLC-DAD). AgNPs measuring 15.92 ± 8.03 and 5.2 ± 2.3 nm were obtained with the aqueous extract of the leaves by hot plate and microwave heating, respectively, and 15.3 ± 4.8 nm using the fruit. The characterization techniques used were transmission electron microscopy (TEM) and high-resolution TEM (HRTEM), X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray detector (SEM-EDX), dynamic light scattering (DLS), and UV-Vis and infrared spectrophotometry (FT-IR). The antiviral study's results showed greater activity of the AgNPs (99.94% at 0.01 mg/mL) compared to the AuNPs (99.30% at 1 mg/mL), including at the cellular level, on the Phi6 host (Pseudomona aureoginosa) and increased toxicity of inorganic precursors. For the AgNPs tested on Aedes aegypti, the mosquito responsible for spreading diseases such as dengue, yellow fever, Zika virus, and chikungunya, it was found that the lethal concentration (LC50) of AgNPs was 25,000 times greater than the extract. The antioxidant capacity of the aqueous extract of the leaves obtained was greater than that of AgNPs, indicating a synthetic reaction. It was determined that both the extract and the AgNPs generated antioxidant activity at the cellular level and that gallic acid was the main compound in the polyphenolic analysis. In addition, its activity on the bacteria Escherichia coli and Bacillus sp. was tested; results suggested less toxicity than the fruit. We can conclude that the AgNPs synthesized from the aqueous extracts of the S. mammosum L. leaves and fruit are ecological and effective antiviral agents against vectors, as well as effective for detecting new antioxidant species derived from plant extracts with potential biomedical application.
- català
En l’àmbit mundial les malalties infeccioses són la principal causa de mortalitat. Els virus i bacteris estan relacionats amb la salut de l'home des de l'antiguitat, i si bé la humanitat ha tractat de controlar-los, molts estan presents i encara no es disposa de tractaments efectius per erradicar-los. La nanotecnologia es proposa com una nova estratègia d'anàlisi, detecció i control. Una mostra d'això és l'esforç que tota la comunitat científica ha centrat sobre el coronavirus SARS-CoV-2 des de finals de l'any 2019. Les nanopartícules de plata (AgNPs) per exemple, són reconegudes en el camp biomèdic per la seva acció antiviral i antimicrobiana des de l'antiguitat. En l'estudi es presenta una revisió bibliogràfica respecte a l'ús d’AgNPs com a potencial agent antiviral contra el virus causant de la malaltia COVID-19, mecanisme d'acció, així com la seva toxicitat, vies d'exposició i extrapolació de dosificació en éssers humans. A la part experimental es va proposar un mètode de síntesi d’AgNPs amigable amb el medi ambient, utilitzant l'espècie Solanum mammosum L. planta reconeguda per la seva acció biocida. Com a aplicació en el camp biomèdic, l’efecte de les AgNPs es va determinar utilitzant l’extracte aquós de fulles sobre els bacteriòfags PhiX174 i Phi6 (substitut del SARS-CoV-2) en comparació amb el de les nanopartícules d’or (AuNPs). a més, es va estudiar l'activitat antiviral sobre el vector transmissor de l'arbovirus (Aedes aegypti) i es va determinar la seva activitat antioxidant a través de diferents mètodes com capacitat d'absorció de radicals d'oxigen usant fluorescència (ORAC-FL) a escala química i in vitro sobre cèl·lules VERO mesurant l'activitat antioxidant cel·lular (CAA), voltametria cíclica i de pols diferencial (CV i DPV), contingut de polifenols total per Folin-Ciocalteu i cromatografia líquida d'alta eficiència amb detector d'arranjament de díodes (HPLC-DAD). Es van obtenir AgNPs de 15.92 ± 8.03 i 5.2 ± 2.3 nm amb l'extracte aquós de les fulles per escalfament en placa i microones respectivament, i 15.3 ± 4.8 nm usant el fruit. Les tècniques de caracterització emprades van ser microscòpia de transmissió electrònica i d'alta resolució (TEM i HRTEM) respectivament, difracció de raigs X (XRD), microscòpia d'escombrat electrònic amb detector d'energia dispersiva (SEM-EDX), dispersió dinàmica de llum (DLS), i espectrofotometria UV-Vis i infrarojos (FT-IR). Com a resultat del primer estudi es va obtenir major activitat de les AgNPs (99.94% a 0.01 mg/mL) sobre les AuNPs (99.30% a 1mg/mL), inclusivament a escala cel·lular sobre l'hoste de Phi6 (Pseudomona aureoginosa), i major toxicitat dels precursors inorgànics. Les AgNPs assajades sobre Aedes aegypti, mosquit responsable de produir malalties com ara el dengue, febre groga, el virus Zika i chikungunya, aquestes dues últimes relacionades amb l'augment de naixements amb microcefàlia, posterior al brot ocorregut en l'any 2015, es va trobar que la concentració letal (LC50) de les AgNPs va ser 25000 vegades més gran que l'extracte. Pel que fa a la capacitat antioxidant, els valors de l’extracte aquós de les fulles obtingudes van ser superiors als dels AgNPs, cosa que suggereix una reacció sintètica; es va determinar que tant l'extracte com les AgNPs van generar activitat antioxidant en l’àmbit cel·lular i que l'àcid gàl·lic va ser el compost majoritari en l'anàlisi de polifenols. Finalment, es va assajar la seva activitat antimicrobiana sobre els bacteris Escherichia coli i Bacillus sp., suggerint menor toxicitat que el fruit. Es conclou que les AgNPs usant els extractes aquosos de les fulles i fruit de S. mammosum L., són ecològiques i efectives com a agents antivirals, contra vectors i per detectar noves espècies antioxidants derivades d'extractes de plantes amb potencial aplicació biomèdica.
- español
