Biosynthesis of Tin oxide Nanoparticles using Sargassum wightii and their Biological Applications

La natura ha a lungo offerto all'umanità un kit di strumenti per la guarigione e la protezione, nascondendo spesso soluzioni potenti proprio all'interno delle piante e delle alghe che costeggiano le nostre coste. Nel campo della moderna scienza dei materiali, i ricercatori si stanno rivolgendo sempre più lontano dalle dure fabbriche chimiche per trovare modi più puliti e semplici per costruire i minuscoli strumenti necessari per la medicina e la tecnologia. Questo campo si concentra sulle nanoparticelle, particelle così piccole che mille di esse potrebbero stare nella larghezza di un capello umano. A causa delle loro dimensioni minuscole, queste particelle si comportano diversamente dai materiali massivi di cui sono fatte, acquisendo spesso abilità uniche per combattere i batteri, colpire le cellule cancerose o ripulire gli inquinanti. Uno di questi materiali è l'ossido di stagno, una sostanza nota per la sua stabilità e la sua capacità di condurre elettricità, che gli scienziati stanno ora cercando di produrre in un modo che sia sicuro per l'ambiente. Invece di utilizzare solventi tossici o processi ad alta energia, un team di ricercatori si è posto una domanda semplice: potevano usare un'alga comune per costruire queste particelle naturalmente?

Lo studio, condotto da scienziati del Vellore Institute of Technology in India, si è posto l'obiettivo di rispondere a questo quesito utilizzando la Sargassum wightii, un'alga bruna che si trova lungo le coste del Kerala. I ricercatori hanno iniziato raccogliendo l'alga, lavandola accuratamente e asciugandola all'ombra. Hanno poi macinato la pianta essiccata in una polvere fine e l'hanno mescolata con acqua e alcol per creare un estratto liquido ricco di composti naturali come proteine, zuccheri e pigmenti vegetali. Questo estratto è stato poi combinato con una soluzione contenente stagno, un sale metallico. Entro poche ore, è avvenuta una reazione chimica, guidata dagli ingredienti naturali dell'alga. La miscela è cambiata colore, passando dal giallo-marrone a un giallo pallido, un segno visivo che gli ioni di stagno stavano venendo trasformati in nanoparticelle solide. Il team ha filtrato e riscaldato la polvere risultante per garantire la sua purezza, creando una fine polvere marrone di nanoparticelle di ossido di stagno.

Per comprendere ciò che avevano creato, gli scienziati hanno esaminato le particelle con potenti microscopi e sensori di luce. Hanno scoperto che le nanoparticelle avevano una forma sferica e una dimensione incredibilmente piccola, con una media di appena 3,3. Per mettere questo in prospettiva, se una singola nanoparticella fosse grande quanto una biglia, un capello umano sarebbe largo quanto un campo da football. L'analisi ha confermato che l'estratto di alga ha fatto molto di più che costruire le particelle; ha anche agito come un rivestimento protettivo, impedendo loro di raggrupparsi. Questo strato di copertura naturale, formato dalla propria chimica dell'alga, è ciò che permette alle particelle di rimanere stabili ed efficaci.

La vera prova di questo metodo verde è stata vedere cosa potessero effettivamente fare queste minuscole particelle. I ricercatori hanno messo al lavoro le nanoparticelle contro una varietà di microrganismi dannosi. Quando testate contro i batteri che causano la polmonite e altre infezioni, le nanoparticelle hanno mostrato una forte capacità di bloccarne la crescita. In un test standard in cui una piccola quantità di materiale viene posta su una piastra di batteri, le particelle hanno creato una zona chiara intorno a loro dove nessun batterio poteva sopravvivere. Contro un tipo specifico di batterio, lo Klebsiella pneumoniae, questa zona chiara misurava 20 millimetri di diametro. Hanno anche testato le particelle contro i funghi, incluso un comune muffa chiamato Aspergillus fumigatus, dove hanno creato una zona protettiva di 24 millimetri. I risultati suggeriscono che le nanoparticelle possano danneggiare le pareti esterne di questi microbi, causandone la fuoriuscita di liquidi e la morte, offrendo un potenziale nuovo modo per combattere le infezioni che stanno diventando resistenti ai medicinali tradizionali.

Oltre a combattere le infezioni, lo studio ha esplorato se queste particelle potessero aiutare nella lotta contro il cancro. I ricercatori hanno esposto cellule di cancro al fegato, note come HepG2, a diverse concentrazioni di nanoparticelle in una capsula di laboratorio. Hanno osservato che, all'aumentare della concentrazione delle particelle, diminuiva il numero di cellule cancerose vive. A una dose specifica di 100 microgrammi per millilitro, le nanoparticelle sono state altamente efficaci nel bloccare la crescita di queste cellule cancerose, con un valore calcolato che indicava che metà delle cellule sarebbe morta a una concentrazione di circa 40 microgrammi per millilitro. Le particelle sembravano interagire con il DNA all'interno delle cellule, interrompendo potenzialmente la loro capacità di moltiplicarsi. Ciò suggerisce che le nanoparticelle di ossido di stagno, realizzate con l'alga, potrebbero servire come strumento per colpire le cellule cancerose, sebbene siano necessarie ulteriori ricerche per comprendere esattamente come funzionino all'interno del corpo.

L'ultima applicazione testata è stata contro le larve di zanzara, lo stadio immaturo delle zanzare che trasmettono malattie come dengue e malaria. I ricercatori hanno inserito le nanoparticelle in acqua contenente larve di due specie pericolose, Aedes aegypti e Anopheles stephensi. Durante un periodo di 48 ore, hanno osservato quante larve sopravvivevano. I risultati sono stati sorprendenti. A una concentrazione di 100 microgrammi per millilitro, le nanoparticelle hanno ucciso il 96,33% delle larve di Anopheles stephensi e il 98,33% delle larve di Aedes aegypti entro due giorni. Ciò indica che le particelle realizzate con l'alga sono altamente tossiche per questi parassiti, offrendo un'alternativa promettente ed ecologica ai pesticidi chimici per il controllo delle popolazioni di zanzare.

Questo lavoro dimostra che un processo semplice e naturale utilizzando l'alga può produrre materiali sofisticati con potenti effetti biologici. I ricercatori sono riusciti a creare nanoparticelle di ossido di stagno che non sono solo uniformi in dimensione e forma, ma anche efficaci contro batteri, funghi, cellule cancerose e larve di zanzara. Sebbene lo studio confermi il potenziale di queste particelle in un ambiente di laboratorio, esso evidenzia anche la necessità di ulteriori indagini per comprendere appieno i loro meccanismi e la loro sicurezza per un uso più ampio. Trasformando una comune pianta costiera in una fonte di nanotecnologia avanzata, lo studio apre una nuova strada per lo sviluppo di trattamenti e strumenti che siano sia efficaci che rispettosi dell'ambiente.