Phytomediated Green Synthesis of Mimosa pudica Silver Nanoparticle–Alginate– Curcumin Hydrogels: Sustainable Fabrication, pH-Responsive Drug Release, Antibacterial Activity and In Vitro Cytocompatibility

Resumen Técnico: Hidrogel de Alginato–Curcumina con Nanopartículas de Plata mediante Síntesis Fito-mediada de Mimosa pudica

Planteamiento del Problema
Las heridas crónicas, incluyendo quemaduras y úlceras diabéticas, representan una carga significativa para la salud global debido a la inflamación prolongada, la susceptibilidad a la infección y una reepitelización deficiente. Si bien la ingeniería de tejidos ofrece una estrategia transformadora mediante el uso de andamios biocompatibles, los materiales ideales deben proporcionar simultáneamente soporte estructural, mantener la humedad y poseer actividad antimicrobiana intrínseca. Aunque el alginato de sodio (ALG) es un biopolímero ampliamente utilizado para la cicatrización de heridas, y la curcumina y las nanopartículas de plata (AgNPs) son conocidas por sus propiedades bioactivas, sus limitaciones individuales persisten. La curcumina sufre de una baja solubilidad acuosa y una baja biodisponibilidad, mientras que la síntesis química convencional de las AgNPs suele implicar reactivos peligrosos. Además, no se había reportado previamente una evaluación sistemática de un andamio de alginato poroso liofilizado que incorpore simultáneamente AgNPs sintetizadas por vía verde (usando Mimosa pudica) y curcumina, evaluado específicamente para la viabilidad y proliferación de queratinocitos humanos.

Metodología
El estudio empleó un enfoque de "síntesis verde" para fabricar un nuevo andamio de hidrogel ternario.

1. Síntesis Verde de AgNPs: Las nanopartículas de plata se sintetizaron utilizando un extracto acuoso de hojas de Mimosa pudica (MPLE) como agente reductor y de recubrimiento. La reacción entre el nitrato de plata y el MPLE resultó en la biorreducción de Ag⁺ a Ag⁰, confirmada por un cambio de color de amarillo pálido a marrón oscuro.
2. Fabricación del Andamio: Las AgNPs sintetizadas con MPLE se dispersaron en una solución de alginato, seguida de la adición de una solución de stock de curcumina. El compuesto ternario resultante fue fundido, liofilizado y reticulado mediante cloruro de calcio (CaCl₂) para formar un andamio de hidrogel poroso. También se preparó un andamio de control binario (Alginato/AgNPs sin curcumina) para la comparación.
3. Caracterización: Los andamios se sometieron a una caracterización fisicoquímica exhaustiva:
   • Óptica/Estructural: Se utilizaron espectroscopía UV-Visible, FTIR, XRD y FESEM con EDAX para confirmar la formación de nanopartículas, la estructura cristalina, las interacciones de los grupos funcionales y la morfología.
   • Propiedades Físicas: Se probaron la porosidad, el comportamiento de hinchamiento y las tasas de degradación en PBS a pH 7.4 y pH 5.5.
   • Liberación de Fármacos: La liberación in vitro de curcumina se monitoreó para determinar la cinética y la capacidad de respuesta al pH.
   • Evaluación Biológica: La actividad antibacteriana se evaluó contra E. coli, Streptococcus sp. y Bacillus cereus mediante difusión en agar. La citocompatibilidad y la proliferación se evaluaron utilizando células de queratinocitos humanos HaCaT mediante ensayo MTT (días 1, 3 y 5) y microscopía de fluorescencia de Hoechst 33342.

Resultos Clave

• Propiedades Fisicoquímicas: La espectroscopía UV-Visible confirmó la formación de AgNPs con un pico de Resonancia de Plasmón Superficial (SPR) a 435 nm. El análisis FTIR identificó interacciones de coordinación electrostática entre los grupos carboxilato del alginato y la superficie de las AgNPs. El XRD confirmó la estructura cristalina cúbica centrada en las caras (fcc) de las AgNPs dentro de la matriz amorfa de alginato. El FESEM reveló AgNPs esféricas (aprox. 11.5 ± 2.3 nm) y una arquitectura de andamio macroporosa altamente interconectada adecuada para la infiltración celular. El EDAX confirmó la integración exitosa de todos los componentes, con la plata constituyendo el 31.59 % en peso del andamio final y la eliminación efectiva de las impurezas de cloruro.
• Hinchamiento y Liberación: El andamio exhibió un comportamiento sensible al pH, mostrando un hinchamiento significativamente mayor (419.05 % a pH 5.5 frente a 342.85 % a pH 7.4) y una degradación acelerada bajo condiciones ácidas. La liberación de curcumina siguió un modelo cinético de orden cero con transporte anómalo no Fickiano, lo que indica una liberación sostenida que se acelera en entornos ácidos típicos de heridas infectadas.
• Actividad Antibacteriana: Ambos andamios demostraron actividad antibacteriana contra cepas Gram-positivas y Gram-negativas. El andamio cargado con curcumina mostró consistentemente zonas de inhibición más grandes en comparación con el control binario (por ejemplo, 10.5 mm frente a 9.7 mm contra Streptococcus sp.), lo que sugiere un efecto sinérgico entre la curcumina y las AgNPs.
• Citocompatibilidad: La evaluación in vitro con células HaCaT mostró que ambos andamios no son citotóxicos. La viabilidad celular aumentó progresivamente durante 5 días. Notablemente, el andamio cargado con curcumina demostró una viabilidad de queratinocitos significativamente mayor (96.15 % frente a 93.98 % para el andamio binario en el día 5) y una cobertura celular más densa en la microscopía de fluorescencia, confirmando la contribución pro-proliferativa de la curcumina.

Contribuciones Clave y Significado
La contribución principal de este trabajo es el desarrollo y la evaluación sistemática de un nuevo andamio de hidrogel bioactivo, totalmente natural, que integra AgNPs sintetizadas por vía verde y curcumina dentro de una matriz de alginato de sodio. El estudio establece que:

1. Bioactividad Sinérgica: La combinación de AgNPs derivadas de Mimosa pudica y curcumina crea un efecto sinérgico, mejorando tanto la eficacia antibacteriana como la proliferación de queratinocitos en comparación con los sistemas binarios.
2. Entrega Dirigida: La naturaleza sensible al pH del andamio permite una liberación de fármacos y una degradación aceleradas en el microambiente ácido de heridas infectadas o crónicas, facilitando la terapia dirigida.
3. Fabricación Sostenible: El uso de síntesis verde mediada por plantas elimina los reactivos químicos peligrosos, mientras que la composición del andamio (alginato, curcumina, AgNPs derivadas de plantas) asegura la biodegradabilidad en metabolitos no tóxicos.

Conclusión
Los autores concluyen que el andamio de Alginato/AgNPs–Curcumina es un candidato prometedor para aplicaciones de ingeniería de tejido cutáneo y cicatrización de heridas. El material combina con éxito la protección antimicrobiana con un entorno de apoyo para el crecimiento celular, abordando los desafíos duales del control de infecciones y la regeneración de tejidos. Este estudio posiciona a este andamio como un biomaterial sostenible y viable para la medicina regenerativa, recomendándose trabajos futuros que incluyan evaluaciones de cicatrización de heridas in vivo.