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

Dans le monde de la médecine moderne, les scientifiques recherchent constamment des matériaux capables d'administrer des agents guérisseurs directement là où ils sont nécessaires sans nuire au reste du corps. Une voie prometteuse implique les nanoparticules, de minuscules particules si petites que des milliers pourraient tenir sur la tête d'une épingle. Ces structures minuscules agissent comme des transporteurs, capables de se faufiler à travers les barrières biologiques et de libérer leur cargaison à l'intérieur des cellules. Pour rendre ces transporteurs sûrs et efficaces, les chercheurs se tournent souvent vers le chitosane, une substance naturelle dérivée des carapaces de crustacés. Le chitosane est biocompatible, ce qui signifie que le corps l'accepte bien, et il est biodégradable, se décomposant naturellement après avoir accompli sa tâche. Cependant, la création de ces nanoparticules nécessite généralement des produits chimiques agressifs qui peuvent être toxiques. Une approche plus récente et plus durable appelée synthèse verte utilise des extraits de plantes au lieu de produits chimiques industriels pour construire ces particules, espérant combiner les bienfaits de la nature avec la précision de la nanotechnologie.

Une équipe de chercheurs de l'Université d'Annamalai et de plusieurs autres institutions en Inde s'est donné pour mission de tester cette approche en utilisant une plante médicinale spécifique connue sous le nom de Mesosphaerum suaveolens. Cette plante, qui appartient à la famille de la menthe, est utilisée depuis longtemps en médecine traditionnelle pour ses propriétés curatives. Les scientifiques voulaient voir s'ils pouvaient utiliser l'extrait de feuilles de cette plante pour créer des nanoparticules de chitosane et vérifier ensuite si ces nouvelles particules pouvaient combattre les infections, neutraliser les radicaux libres nocifs et stopper la croissance des cellules cancéreuses. Leur objectif était de déterminer si cette méthode respectueuse de l'environnement produisait un matériau qui soit non seulement stable, mais aussi suffisamment actif sur le plan biologique pour être utile dans le traitement des maladies.

Le processus a commencé par la collecte de feuilles fraîches de la plante, leur lavage, puis leur séchage sous forme de poudre. Les chercheurs ont fait bouillir cette poudre dans de l'eau pour créer un liquide clair riche en composés naturels de la plante. Ils ont ensuite mélangé cet extrait avec une solution de chitosane, un polymère qui agit comme une éponge pour les composés de la plante. Pour tout lier, ils ont ajouté une substance appelée tripolyphosphate de sodium, qui agit comme un agent de réticulation, provoquant l'agglutination du mélange en de minuscules particules en suspension. La formation de ces nanoparticules a été confirmée visuellement lorsque le liquide clair s'est transformé en une suspension laiteuse et trouble. L'équipe a ensuite centrifugé ce mélange à grande vitesse pour séparer les particules du liquide, les a lavées et les a séchées pour créer une poudre fine prête pour les tests.

Pour comprendre ce qu'ils avaient créé, les scientifiques ont examiné les particules à l'aide de plusieurs outils différents. En faisant passer de la lumière à travers l'échantillon, ils ont trouvé un pic distinct dans le domaine ultraviolet, confirmant que les nanoparticules s'étaient formées avec succès et étaient uniformément réparties. Une analyse supplémentaire par spectroscopie infrarouge a révélé que la surface des particules était recouverte de diverses molécules organiques provenant de la plante, telles que des protéines et des phénols, qui agissaient comme un revêtement protecteur. En observant les particules sous un microscope puissant, ils ont vu qu'elles avaient des formes irrégulières et étaient quelque peu agglomérées, un trait commun pour les particules fabriquées par des méthodes biologiques. L'analyse chimique a montré que les particules étaient principalement composées de carbone, d'azote et d'oxygène, confirmant que le matériel organique de la plante faisait partie intégrante de la structure.

Les chercheurs ont ensuite testé si ces particules pouvaient agir comme antioxydants, c'est-à-dire des substances qui protègent le corps des dommages causés par des molécules instables appelées radicaux libres. Ils ont mélangé les nanoparticules avec des solutions chimiques spécifiques qui changent de couleur lorsque les radicaux libres sont neutralisés. Les résultats ont montré que les particules étaient efficaces pour stopper ces réactions nocives. À une concentration de 20 microgrammes par millilitre, les particules ont réduit de moitié l'activité d'un certain type de radical libre, et à 15 microgrammes par millilitre, elles ont fait de même pour un autre type. Bien qu'une vitamine standard connue sous le nom d'acide ascorbique ait obtenu des résultats légèrement supérieurs, les nanoparticules à base de plantes ont tout de même démontré une forte capacité à agir comme un bouclier contre le stress oxydatif.

Ensuite, l'équipe a étudié la capacité des particules à combattre les bactéries. Ils ont placé les nanoparticules sur des plaques contenant quatre types différents de bactéries, incluant des souches causant des infections cutanées et celles qui sont résistantes aux antibiotiques courants. Ils ont observé que les nanoparticules créaient des zones claires autour des puits de test où les bactéries ne pouvaient pas croître. La taille de ces zones claires augmentait à mesure que la concentration de nanoparticules augmentait, montrant un effet dose-dépendant. Les particules étaient particulièrement efficaces contre les bactéries Gram-positives, qui ne possèdent pas de membrane externe robuste, mais elles ont également montré une activité significative contre les bactéries Gram-négatives, qui possèdent une couche protectrice plus complexe. Cela suggère que les nanoparticules peuvent perturber les parois cellulaires de divers microbes nocifs.

Enfin, les scientifiques ont testé les particules sur des cellules cancéreuses du sein humain cultivées dans une boîte de Pétri en laboratoire. Ils ont exposé les cellules à différentes quantités de nanoparticules et ont mesuré le nombre de cellules vivantes. Les résultats ont montré un schéma clair : à mesure que la quantité de nanoparticules augmentait, le nombre de cellules cancéreuses vivantes diminuait. À une concentration de 40 microgrammes par millilitre, les particules ont tué la moitié des cellules cancéreuses. Pour comprendre comment cela se produisait, les chercheurs ont utilisé une technique de coloration spéciale qui permettait de voir les cellules sous un microscope à fluorescence. Ils ont observé que les cellules traitées commençaient à rétrécir et que leurs noyaux se condensaient, ce qui sont des signes classiques de l'apoptose, ou mort cellulaire programmée. Le pourcentage de cellules subissant cette autodestruction a augmenté brusquement avec des doses plus élevées, atteignant près de 90 % à la concentration la plus élevée testée.

L'étude conclut que l'utilisation de l'extrait de feuille de Mesosphaerum suaveolens pour créer des nanoparticules de chitosane est une méthode réussie et écologique. Ces particules sont non seulement stables, mais possèdent également une activité biologique significative, capable de combattre les radicaux libres, d'inhiber la croissance bactérienne et d'induire la mort des cellules cancéreuses. Les chercheurs suggèrent que ces résultats mettent en évidence le potentiel de ce matériau synthétisé de manière verte pour de futures utilisations en médecine, particulièrement dans le développement de nouveaux traitements pour les infections et le cancer. Cependant, ils notent également que ces résultats sont basés sur des tests de laboratoire, et que des études supplémentaires sur des organismes vivants sont nécessaires pour confirmer pleinement leur sécurité et leur efficacité pour une utilisation humaine.