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

Résumé Technique : Synthèse Écoresponsable de Nanoparticules d'Ag/TiO₂ à l'aide d'Extraits de Feuilles de Beta vulgaris et Leurs Applications Biomédicales

Énoncé du Problème
L'étude aborde deux défis critiques : la persistance environnementale des contaminants pharmaceutiques, spécifiquement le diclofénac sodique (DCF), et la nécessité de méthodes durables et non toxiques pour la synthèse de nanomatériaux avancés. Le DCF est un médicament anti-inflammatoire non stéroïdien (AINS) largement utilisé qui résiste aux traitements conventionnels des eaux usées, entraînant son accumulation dans les écosystèmes aquatiques et causant des dommages écologiques, notamment une perturbation endocrinienne chez la vie aquatique et des déclins de populations chez les vautours. Bien que les processus d'oxydation avancée (POA) comme le processus Fenton offrent des solutions de dégradation, ils reposent souvent sur des réactifs instables comme le peroxyde d'hydrogène. Parallèlement, la synthèse de nanocomposites d'oxydes métalliques implique généralement des produits chimiques dangereux. Cette recherche propose une alternative « verte » : la synthèse de nanoparticules de dioxyde de titane dopées à l'argent (Ag/TiO₂) en utilisant l'extrait de feuilles de Beta vulgaris (betterave) pour créer un photocatalyseur écologique pour la dégradation des médicaments et un agent multifonctionnel pour des applications biomédicales.

Méthodologie
Les chercheurs ont employé un protocole de synthèse verte où des feuilles fraîches de Beta vulgaris ont été lavées, séchées à l'ombre, broyées en poudre, puis utilisées comme agents de réduction et de coiffage pour synthétiser les nanoparticules d'Ag/TiO₂. Les nanohybrides résultants ont été caractérisés de manière exhaustive par :

• Analyse Morphologique et Structurelle : Microscopie électronique à balayage (MEB) avec spectroscopie de dispersion d'énergie en rayons X (EDS) et cartographie élémentaire, microscopie électronique en transmission (MET) et diffraction des rayons X (DRX).
• Caractérisation Physique et Spectrale : Diffusion dynamique de la lumière (DLS) pour la distribution de la taille des particules, spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FT-IR) pour les groupes fonctionnels, et spectroscopie UV-Vis pour les propriétés optiques.
• Dégradation Photocatalytique : La dégradation du diclofénac sodique a été évaluée sous irradiation de lumière UV-Vis en utilisant le nanocomposite Ag/TiO₂ synthétisé. Des études cinétiques ont été réalisées pour déterminer les taux de réaction, et l'influence du pH (2,5 à 10,5) a été évaluée.
• Essais Biomédicaux :
  • Cytotoxicité et Activité Anticancéreuse : Évaluées via le test MTT sur des cellules normales Vero et des lignées cellulaires de cancer du sein (MCF-7).
  • Activité Antioxydante : Mesurée à l'aide de l'essai de piégeage des radicaux DPPH.
  • Activité Antimicrobienne : Testée contre quatre souches bactériennes (Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa) et deux souches fongiques (Candida albicans, Trichoderma viride) en utilisant la méthode de diffusion sur disque.

Résultats Clés

• Synthèse et Caractérisation : La synthèse verte a produit avec succès des nanohybrides Ag/TiO₂. Les analyses MEB et MET ont révélé une morphologie mixte de structures sphériques, en forme de bâtonnets et de type chou-fleur, avec des tailles de particules allant de 8 à 60 nm (avec certaines agrégations dépassant 100 nm). La DRX a confirmé une structure cubique à faces centrées avec une taille moyenne de cristallite d'environ 36 nm. La cartographie élémentaire a confirmé la distribution homogène de l'Ag, du Ti et de l'O, ainsi que des éléments phytochimiques (K, Cl, S, P, Si) provenant de l'extrait de feuille.
• Dégradation Photocatalytique : Le nanocomposite Ag/TiO₂ a démontré une grande efficacité dans la dégradation du diclofénac sodique. Sous irradiation UV-Vis, une dégradation de 90 % à 98 % a été obtenue en 40 minutes. La dégradation a suivi une cinétique de pseudo-premier ordre. Le processus est plus efficace en conditions acides (pH 2,5), où l'attraction électrostatique entre la surface chargée positivement du catalyseur et les molécules de médicament neutres facilite l'adsorption et la génération de radicaux.
• Applications Biomédicales :
  • Activité Anticancéreuse : Les nanoparticules ont présenté une cytotoxicité dépendante de la concentration. Contre les cellules cancéreuses du sein MCF-7, la viabilité est tombée à 24,78 % à 1000 µg/mL, avec une valeur de CI₅₀ d'environ 31,2 µg/mL. Les cellules Vero normales ont montré une viabilité plus élevée (54,06 % à 1000 µg/mL), suggérant une toxicité sélective envers les cellules cancéreuses.
  • Activité Antioxydante : Les nanoparticules ont montré une activité de piégeage des radicaux DPPH significative, atteignant 82,91 % d'inhibition à 1000 µg/mL.
  • Activité Antimicrobienne : Les nanocomposites ont affiché une forte activité antibactérienne dépendante de la concentration, particulièrement contre Bacillus cereus (zone d'inhibition de 18 mm à 1000 mg/mL) et Pseudomonas spp. (15 mm). Cependant, l'activité antifongique contre Candida albicans et Trichoderma viride était comparativement faible et présentait peu de variations avec la concentration.

Signification et Revendications
L'article affirme que l'étude démontre avec succès une méthode simple, rentable et écoresponsable pour la synthèse de nanoparticules d'Ag/TiO₂ à l'aide d'extraits de plantes, éliminant le besoin de réactifs chimiques dangereux. Les nanomatériaux synthétisés sont présentés comme des agents multifonctionnels présentant des applications prometteuses dans :

1. La Remédiation Environnementale : Dégradation efficace des polluants pharmaceutiques persistants comme le diclofénac sodique dans les milieux aqueux.
2. La Recherche Biomédicale : Potentiel en tant qu'agent anticancéreux contre les cellules du cancer du sein, antioxydant et agent antibactérien.

Les auteurs concluent que, bien que les nanoparticules présentent un potentiel significatif, des études in vivo supplémentaires et des investigations mécanistiques sont nécessaires pour confirmer leur efficacité thérapeutique et leur sécurité avant toute application clinique. Ce travail positionne l'Ag/TiO₂ synthétisé par voie verte comme un candidat viable pour les futurs systèmes de délivrance de médicaments, les formulations pharmaceutiques et les technologies de traitement environnemental.