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

Nel mondo della medicina moderna, gli scienziati sono costantemente alla ricerca di materiali che possano consegnare agenti curativi direttamente dove sono necessari senza danneggiare il resto del corpo. Una via promettente coinvolge le nanoparticelle, particelle minuscole così piccole che migliaia potrebbero stare sulla testa di uno spillo. Queste strutture minuscole agiscono come vettori, capaci di scivolare attraverso le barriere biologiche e rilasciare il loro carico all'interno delle cellule. Per rendere questi vettori sicuri ed efficaci, i ricercatori si rivolgono spesso al chitosano, una sostanza naturale derivata dai gusci dei crostacei. Il chitosano è biocompatibile, il che significa che il corpo lo accetta bene, ed è biodegradabile, ovvero si decompone naturalmente dopo aver svolto il suo compito. Tuttavia, la creazione di queste nanoparticelle richiede solitamente sostanze chimiche aggressive che possono essere tossiche. Un approccio più recente e sostenibile, chiamato sintesi verde, utilizza estratti vegetali invece di prodotti chimici industriali per costruire queste particelle, sperando di combinare i benefici della natura con la precisione della nanotecnologia.

Un team di ricercatori dell'Università di Annamalai e di diverse altre istituzioni indiane si è posto l'obiettivo di testare questo approccio utilizzando una pianta specifica nota come Mesosphaerum suaveolens. Questa pianta, che appartiene alla famiglia della menta, è utilizzata da tempo nella medicina tradizionale per le sue proprietà curative. Gli scienziati volevano vedere se potevano utilizzare l'estratto fogliare di questa pianta per creare nanoparticelle di chitosano e poi verificare se queste nuove particelle potessero combattere le infezioni, neutralizzare i radicali liberi dannosi e bloccare la crescita delle cellule cancerose. Il loro obiettivo era determinare se questo metodo ecologico producesse un materiale che fosse non solo stabile, ma anche biologicamente attivo abbastanza da essere utile nel trattamento delle malattie.

Il processo è iniziato con la raccolta di foglie fresche della pianta, il loro lavaggio e l'essiccazione in polvere. I ricercatori hanno fatto bollire questa polvere in acqua per creare un estratto liquido limpido ricco dei composti naturali della pianta. Successivamente, hanno mescolato questo estratto con una soluzione di chitosano, un polimero che agisce come una spugna per i composti vegetali. Per bloccare il tutto insieme, hanno aggiunto una sostanza chiamata tripolifosfato di sodio, che funge da agente reticolante, facendo sì che la miscela si raggruppi in minuscole particelle sospese. La formazione di queste nanoparticelle è stata confermata visivamente quando il liquido limpido si è trasformato in una sospensione lattiginosa e torbida. Il team ha poi centrifugato questa miscela ad alta velocità per separare le particelle dal liquido, le ha lavate e le ha asciugate per creare una polvere fine pronta per i test.

Per comprendere ciò che avevano creato, gli scienziati hanno esaminato le particelle utilizzando diversi strumenti. Quando hanno fatto passare la luce attraverso il campione, hanno riscontrato un picco distinto nell'intervallo dell'ultravioletto, confermando che le nanoparticelle si erano formate con successo e che erano distribuite uniformemente. Ulteriori analisi tramite spettroscopia infrarossa hanno rivelato che la superficie delle particelle era coperta da varie molecole organiche della pianta, come proteine e fenoli, che agivano come un rivestimento protettivo. Osservando le particelle sotto un potente microscopio, hanno visto che le forme erano irregolari e parzialmente raggruppate, un tratto comune per le particelle realizzate con metodi biologici. L'analisi chimica ha mostrato che le particelle erano composte principalmente da carbonio, azoto e ossigeno, confermando che il materiale organico della pianta era parte integrante della struttura.

I ricercatori hanno poi testato se queste particelle potessero agire come antiossidanti, ovvero sostanze che proteggono il corpo dai danni causati da molecole instabili chiamate radicali liberi. Hanno mescolato le nanoparticelle con specifiche soluzioni chimiche che cambiano colore quando i radicali liberi vengono neutralizzati. I risultati hanno mostrato che le particelle erano efficaci nel bloccare queste reazioni dannose. A una concentrazione di 20 microgrammi per millilitro, le particelle hanno ridotto l'attività di un tipo di radicale libero della metà, e a 15 microgrammi per millilitro, hanno fatto lo stesso per un altro tipo. Sebbene una vitamina standard nota come acido ascorbico sia stata leggermente più performante, le nanoparticelle a base vegetale hanno comunque dimostrato una forte capacità di agire come scudo contro lo stress ossidativo.

Successivamente, il team ha investigato la capacità delle particelle di combattere i batteri. Hanno posto le nanoparticelle su piastre contenenti quattro diversi tipi di batteri, incluse varietà che causano infezioni cutanee e quelle resistenti agli antibiotici comuni. Hanno osservato che le nanoparticelle creavano zone chiare attorno ai pozzetti di test dove i batteri non potevano crescere. La dimensione di queste zone chiare aumentava all'aumentare della concentrazione di nanoparticelle, mostrando un effetto dose-dipendente. Le particelle sono state particolarmente efficaci contro i batteri Gram-positivi, che mancano di una membrana esterna robusta, ma hanno mostrato anche una significativa attività contro i batteri Gram-negativi, che possiedono uno strato protettivo più complesso. Ciò suggerisce che le nanoparticelle possano interrompere le pareti cellulari di vari microbi nocivi.

Infine, gli scienziati hanno testato le particelle su cellule di carcinoma mammario umano coltivate in un piatto di laboratorio. Sono stati esposti le cellule a diverse quantità di nanoparticelle e hanno misurato quante cellule sopravvivevano. I risultati hanno mostrato un modello chiaro: all'aumentare della quantità di nanoparticelle, diminuiva il numero di cellule cancerose vive. A una concentrazione di 40 microgrammi per millilitro, le particelle hanno ucciso la metà delle cellule cancerose. Per capire come ciò fosse avvenuto, i ricercatori hanno utilizzato una speciale tecnica di colorazione che permetteva di vedere le cellule sotto un microscopio a fluorescenza. Hanno osservato che le cellule trattate iniziavano a rimpicciolirsi e i loro nuclei si condensavano, segni classici di apoptosi, ovvero morte cellulare programmata. La percentuale di cellule che subivano questa autodistruzione aumentava drasticamente con dosi più elevate, raggiungendo quasi il 90 percento alla concentrazione massima testata.

Lo studio conclude che l'utilizzo dell'estratto fogliare di Mesosphaerum suaveolens per creare nanoparticelle di chitosano è un metodo efficace ed ecologico. Queste particelle sono non solo stabili, ma possiedono anche una significativa attività biologica, capace di combattere i radicali liberi, inibire la crescita batterica e indurre la morte delle cellule cancerose. I ricercatori suggeriscono che questi risultati evidenzino il potenziale di questo materiale sintetizzato in modo verde per futuri utilizzi in medicina, in particolare nello sviluppo di nuovi trattamenti per infezioni e cancro. Tuttavia, sottolineano anche che questi risultati si basano su test di laboratorio e che ulteriori studi su organismi viventi sono necessari per confermare pienamente la loro sicurezza ed efficacia per l'uso umano.