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

Sintesi Tecnica: Sintesi Eco-compatibile di Nanoparticelle Ag/TiO₂ Utilizzando l'Estratto Fogliare di Beta vulgaris e le Loro Applicazioni Biomediche

Problematica
Lo studio affronta due sfide critiche: la persistenza ambientale dei contaminanti farmaceutici, specificamente il diclofenac sodico (DCF), e la necessità di metodi sostenibili e non tossici per la sintesi di nanomateriali avanzati. Il DCF è un farmaco antinfiammatorio non steroideo (FANS) ampiamente utilizzato che resiste ai trattamenti convenzionali delle acque reflue, portando al suo accumulo negli ecosistemi acquatici e causando danni ecologici, inclusi la disruzione endocrina negli organismi acquatici e il declino delle popolazioni di avvoltoi. Sebbene i processi di ossidazione avanzata (AOP), come il processo Fenton, offrano soluzioni di degradazione, essi spesso si affidano a reagenti instabili come il perossido di idrogeno. Parallelamente, la sintesi di nanocompositi di ossidi metallici implica tipicamente l'uso di sostanze chimiche pericolose. Questa ricerca propone un'alternativa "green": la sintesi di nanoparticelle di biossido di titanio drogato con argento (Ag/TiO₂) utilizzando l'estratto fogliare di Beta vulgaris (barbabietola da zucchero) per creare un fotocatalizzatore eco-compatibile per la degradazione dei farmaci e un agente multifunzionale per applicazioni biomediche.

Metodologia
I ricercatori hanno impiegato un protocolo di sintesi verde in cui foglie fresche di Beta vulgaris sono state lavate, essiccate all'ombra, macinate in polvere e utilizzate come agente riducente e stabilizzante (capping agent) per sintetizzare le nanoparticelle Ag/TiO₂. I nanibridi risultanti sono stati caratterizzati in modo completo mediante:

• Analisi Morfologica e Strutturale: Microscopia elettronica a scansione (SEM) con spettroscopia EDX (Energy-Dispersive X-ray) e mappatura elementale, microscopia elettronica a trasmissione (TEM) e diffrazione di raggi X (XRD).
• Caratterizzazione Fisica e Spettrale: Diffusione dinamica della luce (DLS) per la distribuzione dimensionale delle particelle, spettroscopia Fourier-transform infrared (FT-IR) per i gruppi funzionali e spettroscopia UV-Vis per le proprietà ottiche.
• Degradazione Fotocatalitica: La degradazione del diclofenac sodico è stata valutata sotto irraggiamento di luce UV-Vis utilizzando il nanocomposito Ag/TiO₂ sintetizzato. Sono stati eseguiti studi cinetici per determinare i tassi di reazione e si è valutata l'influenza del pH (da 2,5 a 10,5).
• Saggi Biomedici:
  • Citotossicità e Attività Anticellulare: Valutata tramite saggio MTT su cellule normali Vero e linee cellulari di carcinoma mammario umano (MCF-7).
  • Attività Antiossidante: Misurata tramite saggio di scavenging del radicale DPPH.
  • Attività Antimicrobica: Testata contro quattro ceppi batterici (Staphylococcus aureus, Bacillus cereus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa) e due ceppi fungini (Candida albicans, Trichoderma viride) mediante il metodo della diffusione del disco.

Risultati Chiave

• Sintesi e Caratterizzazione: La sintesi verde ha prodotto con successo nanibridi Ag/TiO₂. Le analisi SEM e TEM hanno rivelato una morfologia mista di strutture sferiche, a bastoncello e a cavolfiore, con dimensioni delle particelle comprese tra 8 e 60 nm (con alcune aggregazioni fino a >100 nm). L'analisi XRD ha confermato una struttura cubica a facce centrate con una dimensione media dei cristalliti di circa 36 nm. La mappatura elementale ha confermato la distribuzione omogenea di Ag, Ti e O, insieme agli elementi fitochimici (K, Cl, S, P, Si) derivanti dall'estratto fogliare.
• Degradazione Fotocatalitica: Il nanocomposito Ag/TiO₂ ha dimostrato un'elevata efficienza nella degradazione del diclofenac sodico. Sotto irraggiamento UV-Vis, è stata raggiunta una degradazione di circa il 90% - 98% entro 40 minuti. Il processo ha seguito una cinetica di pseudo-primo ordine. Il processo è stato più efficace in condizioni acide (pH 2,5), dove l'attrazione elettrostatica tra la superficie del catalizzatore carica positivamente e le molecole del farmaco neutre ha facilitato l'adsorbimento e la generazione di radicali.
• Applicazioni Biomediche:
  • Attività Anticellulare: Le nanoparticelle hanno mostrato una citotossicità dipendente dalla concentrazione. Contro le cellule di carcinoma mammario MCF-7, la vitalità è scesa al 24,78% a 1000 µg/mL, con un valore di IC₅₀ di circa 31,2 µg/mL. Le cellule normali Vero hanno mostrato una vitalità superiore (54,06% a 1000 µg/mL), suggerendo una tossicità selettiva verso le cellule tumorali.
  • Attività Antiossidante: Le nanoparticelle hanno mostrato una significativa attività di scavenging del radicale DPPH, raggiungendo un'inibizione dell'82,91% a 1000 µg/mL.
  • Attività Antimicrobica: I nanocompositi hanno mostrato una forte attività antibatterica dose-dipendente, in particolare contro Bacillus cereus (zona di inibizione di 18 mm a 1000 mg/mL) e Pseudomonas spp. (15 mm). Tuttavia, l'attività antifungina contro Candida albicans e Trichoderma viride è stata comparativamente debole e ha mostrato poca variazione con la concentrazione.

Significatività e Rivendicazioni
L'articolo afferma che lo studio dimostra con successo un metodo semplice, economico ed eco-compatibile per sintetizzare nanoparticelle Ag/TiO₂ utilizzando estratti vegetali, eliminando la necessità di reagenti chimici pericolosi. I nanomateriali sintetizzati sono presentati come agenti multifunzionali con promettenti applicazioni in:

1. Bonifica Ambientale: Degradazione efficace di inquinanti farmaceutici persistenti come il diclofenac sodico dagli ambienti acquosi.
2. Ricerca Biomedica: Potenziale uso come agente anticellulare contro il carcinoma mammario, antiossidante e agente antibatterico.

Gli autori concludono che, sebbene le nanoparticelle mostrino un potenziale significativo, sono necessari ulteriori studi in vivo e indagini meccanicistiche per confermare la loro efficacia terapeutica e sicurezza prima dell'applicazione clinica. Il lavoro posiziona l'Ag/TiO₂ sintetizzato tramite via verde come un candidato valido per futuri sistemi di rilascio di farmaci, formulazioni farmaceutiche e tecnologie di trattamento ambientale.