Green synthesis and characterization of Mesosphaerum suaveolens-loaded chitosan nanoparticles: An in vitro evaluation

En el mundo de la medicina moderna, los científicos buscan constantemente materiales que puedan entregar agentes curativos directamente donde se necesitan sin dañar el resto del cuerpo. Una vía prometedora involucra las nanopartículas, partículas diminutas tan pequeñas que miles podrían caber en la cabeza de un alfiler. Estas estructuras minúsculas actúan como transportadores, capaces de deslizarse a través de las barreras biológicas y liberar su carga dentro de las células. Para hacer que estos transportadores sean seguros y efectivos, los investigadores suelen recurrir al quitosano, una sustancia natural derivada de los caparazones de los crustáceos. El quitosano es biocompatible, lo que significa que el cuerpo lo acepta bien, y es biodegradable, descomponiéndose naturalmente después de haber cumplido su función. Sin embargo, la creación de estas nanopartículas suele requerir productos químicos agresivos que pueden ser tóxicos. Un enfoque más nuevo y sostenible llamado síntesis verde utiliza extractos de plantas en lugar de productos químicos industriales para construir estas partículas, con la esperanza de combinar los beneficios de la naturaleza con la precisión de la nanotecnología.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Annamalai y varias otras instituciones en la India se propusieron probar este enfoque utilizando una planta medicinal específica conocida como Mesosphaerum suaveolens. Esta planta, que pertenece a la familia de las mentas, ha sido utilizada durante mucho tiempo en la medicina tradicional por sus propiedades curativas. Los científicos querían ver si podían utilizar el extracto de las hojas de la planta para crear nanopartículas de quitosano y luego comprobar si estas nuevas partículas podían combatir infecciones, neutralizar radicales libres dañinos y detener el crecimiento de células cancerosas. Su objetivo era determinar si este método ecológico producía un material que no solo fuera estable, sino también lo suficientemente activo biológicamente como para ser útil en el tratamiento de enfermedades.

El proceso comenzó con la recolección de hojas frescas de la planta, lavándolas y secándolas en polvo. Los investigadores hirvieron este polvo en agua para crear un extracto líquido claro rico en los compuestos naturales de la planta. Luego mezclaron este extracto con una solución de quitosano, un polímero que actúa como una esponja para los compuestos de la planta. Para asegurar todo el conjunto, añadieron una sustancia llamada tripolifosfato de sodio, que actúa como un reticulante, haciendo que la mezcla se aglutine en diminutas partículas suspendidas. La formación de estas nanopartículas se confirmó visualmente cuando el líquido claro se convirtió en una suspensión lechosa y turbia. El equipo luego centrifugó esta mezcla a altas velocidades para separar las partículas del líquido, las lavó y las secó para crear un polvo fino listo para las pruebas.

Para comprender qué habían creado, los científicos examinaron las partículas utilizando diversas herramientas. Al hacer pasar luz a través de la muestra, encontraron un pico distintivo en el rango ultravioleta, confirmando que las nanopartículas se habían formado con éxito y estaban distribuidas uniformemente. Un análisis posterior mediante espectroscopia infrarroja reveló que la superficie de las partículas estaba cubierta con diversas moléculas orgánicas de la planta, como proteínas y fenoles, que actuaban como un revestimiento protector. Al observar las partículas bajo un microscopio potente, vieron que las formas eran irregulares y algo agrupadas, un rasgo común para las partículas fabricadas mediante métodos biológicos. El análisis químico mostró que las partículas estaban compuestas principalmente de carbono, nitrógeno y oxígeno, confirmando que el material orgánico de la planta era integral para la estructura.

Los investigadores luego probaron si estas partículas podían actuar como antioxidantes, que son sustancias que protegen al cuerpo del daño causado por moléculas inestables llamadas radicales libres. Mezclaron las nanopartículas con soluciones químicas específicas que cambian de color cuando se neutralizan los radicales libres. Los resultados mostraron que las partículas eran efectivas para detener estas reacciones dañinas. A una concentración de 20 microgramos por mililitro, las partículas redujeron la actividad de un tipo de radical libre a la mitad, y a 15 microgramos por mililiter, hicieron lo mismo para otro tipo. Aunque una vitamina estándar conocida como ácido ascórbico funcionó ligeramente mejor, las nanopartículas a base de plantas demostraron aun así una fuerte capacidad para actuar como un escudo contra el estrés oxidativo.

A continuación, el equipo investigó la capacidad de las partículas para combatir bacterias. Colocaron las nanopartículas en placas que contenían cuatro tipos diferentes de bacterias, incluyendo cepas que causan infecciones cutáneas y aquellas que son resistentes a los antibióticos comunes. Observaron que las nanopartículas creaban zonas claras alrededor de los pozos de prueba donde las bacterias no podían crecer. El tamaño de estas zonas claras aumentó a medida que la concentración de nanopartículas se incrementaba, mostrando un efecto dependiente de la dosis. Las partículas fueron particularmente efectivas contra las bacterias Gram-positivas, que carecen de una membrana externa robusta, pero también mostraron una actividad significativa contra las bacterias Gram-negativas, que poseen una capa protectora más compleja. Esto sugiere que las nanopartículas pueden romper las paredes celulares de diversos microbios dañinos.

Finalmente, los científicos probaron las partículas en células de cáncer de mama humano cultivadas en una placa de laboratorio. Expusieron las células a diferentes cantidades de las nanopartículas y midieron cuántas células sobrevivían. Los resultados mostraron un patrón claro: a medida que aumentaba la cantidad de nanopartículas, disminuía el número de células cancerosas vivas. A una concentración de 40 microgramos por mililitro, las partículas mataron a la mitad de las células cancerosas. Para entender cómo ocurrió esto, los investigadores utilizaron una técnica de tinción especial que les permitió ver las células bajo un microscopio de fluorescencia. Observaron que las células tratadas comenzaban a encogerse y sus núcleos se condensaban, que son signos clásicos de la apoptosis, o muerte celular programada. El porcentaje de células que experimentaban esta autodestrucción aumentó drásticamente con las dosis más altas, alcanzando casi el 90 por ciento en la concentración más alta probada.

El estudio concluye que el uso del extracto de hoja de Mesosphaerum suaveolens para crear nanopartículas de quitosano es un método exitoso y ecológico. Estas partículas no solo son estables, sino que también poseen una actividad biológica significativa, capaces de combatir radicales libres, inhibir el crecimiento bacteriano e inducir la muerte en células cancerosas. Los investigadores sugieren que estos hallazgos resaltan el potencial de este material de síntesis verde para su uso futuro en la medicina, particularmente en el desarrollo de nuevos tratamientos para infecciones y cáncer. Sin embargo, también señalan que estos resultados se basan en pruebas de laboratorio y que son necesarios estudios adicionales en organismos vivos para confirmar plenamente su seguridad y eficacia para el uso humano.