Eco – Friendly Synthesis of Ag / Tio 2 Nanoparticles Using Beta Vulgaris Leaf Extract and Their Biomedical Applications

Resumen Técnico: Síntesis Ecológica de Nanopartículas de Ag/TiO₂ utilizando Extracto de Hoja de Beta vulgaris y sus Aplicaciones Biomédicas

Planteamiento del Problema
El estudio aborda dos desafíos críticos: la persistencia ambiental de los contaminantes farmacéuticos, específicamente el diclofenaco sódico (DCF), y la necesidad de métodos sostenibles y no tóxicos para la síntesis de nanomateriales avanzados. El DCF es un fármaco antiinflamatorio no esteroideo (AINE) ampliamente utilizado que resiste el tratamiento convencional de aguas residuales, lo que provoca su acumulación en los ecosistemas acuáticos y causa daños ecológicos, incluyendo la disrupción endocrina en la vida acuática y la disminución de las poblaciones de buitres. Aunque los Procesos de Oxidación Avanzada (POA), como el proceso Fenton, ofrecen soluciones de degradación, a menudo dependen de reactivos inestables como el peróxido de hidrógeno. Simultáneamente, la síntesis de nanocompuestos de óxido metálico suele implicar el uso de productos químicos peligrosos. Esta investigación propone una alternativa "verde": la síntesis de nanopartículas de dióxido de titanio dopadas con plata (Ag/TiO₂) utilizando extracto de hoja de Beta vulgaris (remolacha) para crear un fotocatalizador ecológico para la degradación de fármacos y un agente multifuncional para aplicaciones biomédicas.

Metodología
Los investigadores emplearon un protocolo de síntesis verde donde se lavaron hojas frescas de Beta vulgaris, se secaron a la sombra, se molieron en polvo y se utilizaron como agentes reductores y de recubrimiento para sintetizar las nanopartículas de Ag/TiO₂. Los nanohíbridos resultantes fueron caracterizados exhaustivamente mediante:

• Análisis Morfológico y Estructural: Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) con Espectroscopía de Energía Dispersiva de Rayos X (EDS) y mapeo elemental, Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) y Difracción de Rayos X (XRD).
• Caracterización Física y Espectral: Dispersión de Luz Dinámica (DLS) para la distribución del tamaño de partícula, espectroscopía de Transformada de Fourier de Infrarrojo (FT-IR) para grupos funcionales y espectroscopía UV-Vis para propiedades ópticas.
• Degradación Fotocatalítica: La degradación del diclofenaco sódico se evaluó bajo irradiación de luz UV-Vis utilizando el nanocompuesto de Ag/TiO₂ sintetizado. Se realizaron estudios cinéticos para determinar las tasas de reacción y se evaluó la influencia del pH (2.5 a 10.5).
• Ensayos Biomédicos:
  • Citotoxicidad y Actividad Anticancerígena: Evaluadas mediante el ensayo MTT en células normales Vero y líneas celulares de cáncer de mama (MCF-7).
  • Actividad Antioxidante: Medida mediante el ensayo de eliminación de radicales DPPH.
  • Actividad Antimicrobiana: Probada contra cuatro cepas bacterianas (Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa) y dos cepas fúngicas (Candida albicans, Trichoderma viride) utilizando el método de difusión en disco.

Resultos Clave

• Síntesis y Caracterización: La síntesis verde produjo exitosamente nanohíbridos de Ag/TiO₂. Los análisis SEM y TEM revelaron una morfología mixta de estructuras esféricas, en forma de varilla y tipo coliflor, con tamaños de partícula que oscilan entre 8 y 60 nm (con cierta agregación hasta >100 nm). El XRD confirmó una estructura cúbica centrada en las caras con un tamaño de cristalita promedio de aproximadamente 36 nm. El mapeo elemental confirmó la distribución homogénea de Ag, Ti y O, junto con elementos fitoquímicos (K, Cl, S, P, Si) del extracto de la hoja.
• Degradación Fotocatalítica: El nanocompuesto de Ag/TiO₂ demostró una alta eficiencia en la degradación del diclofenaco sódico. Bajo irradiación UV-Vis, se logró una degradación de aproximadamente el 90% al 98% en 40 minutos. La degradación siguió una cinética de pseudo-primer orden. El proceso fue más efectivo bajo condiciones ácidas (pH 2.5), donde la atracción electrostática entre la superficie cargada positivamente del catalizador y las moléculas neutras del fármaco facilitó la adsorción y la generación de radicales.
• Aplicaciones Biomédicas:
  • Actividad Anticancerígena: Las nanopartículas exhibieron citotoxicidad dependiente de la concentración. Contra las células de cáncer de mama MCF-7, la viabilidad cayó al 24.78% a 1000 µg/mL, con un valor de IC₅₀ de aproximadamente 31.2 µg/mL. Las células normales Vero mostraron una mayor viabilidad (54.06% a 1000 µg/mL), lo que sugiere una toxicidad selectiva hacia las células cancerosas.
  • Actividad Antioxidante: Las nanopartículas mostraron una significativa actividad de eliminación de radicales DPPH, alcanzando un 82.91% de inhibición a 1000 µg/mL.
  • Actividad Antimicrobiana: Los nanocompuestos mostraron una fuerte actividad antibacteriana dependiente de la concentración, particularmente contra Bacillus cereus (zona de inhibición de 18 mm a 1000 mg/mL) y Pseudomonas spp. (15 mm). Sin embargo, la actividad antifúngica contra Candida albicans y Trichoderma viride fue comparativamente débil y mostró poca variación con la concentración.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que el estudio demuestra con éxito un método simple, rentable y ecológico para la síntesis de nanopartículas de Ag/TiO₂ utilizando extractos de plantas, eliminando la necesidad de reactivos químicos peligrosos. Los nanomateriales sintetizados se presentan como agentes multifuncionales con aplicaciones prometedoras en:

1. Remediación Ambiental: Degradación efectiva de contaminantes farmacéuticos persistentes como el diclofenaco sódico en entornos acuosos.
2. Investigación Biomédica: Potencial uso como agente anticancerígeno contra células de cáncer de mama, antioxidante y agente antibacteriano.

Los autores concluyen que, si bien las nanopartículas muestran un potencial significativo, se requieren más estudios in vivo e investigaciones mecánicas para confirmar su eficacia terapéutica y seguridad antes de su aplicación clínica. El trabajo posiciona al Ag/TiO₂ sintetizado por vía verde como un candidato viable para futuros sistemas de entrega de fármacos, formulaciones farmacéuticas y tecnologías de tratamiento ambiental.