Phytomediated Green Synthesis of Mimosa pudica Silver Nanoparticle–Alginate– Curcumin Hydrogels: Sustainable Fabrication, pH-Responsive Drug Release, Antibacterial Activity and In Vitro Cytocompatibility

Technische Samenvatting: Fytogemedieerde Groene Synthese van Mimosa pudica Zilvernanodeeltjes–Alginaat–Curcumine Hydrogels

Probleemstelling
Chronische wonden, waaronder brandwonden en diabetische ulcera, vormen een aanzienlijke wereldwijde druk op de gezondheidszorg vanwege langdurige ontstekingen, vatbaarheid voor infecties en slechte re-epitelisatie. Hoewel weefselengineering een transformerende strategie biedt met behulp van biocompatibele scaffolds, moeten ideale materialen tegelijkertijd structurele ondersteuning bieden, vocht vasthouden en intrinsieke antimicrobiële activiteit bezitten. Hoewel natriumalginaat (ALG) een veelgebruikt biopolymeer is voor wondgenezing, en curcumine en zilvernanodeeltjes (AgNPs) bekend staan om hun bioactieve eigenschappen, blijven hun individuele beperkingen bestaan. Curcumine lijdt aan een slechte wateroplosbaarheid en lage biobeschikbaarheid, terwijl conventionele chemische synthese van AgNPs vaak gevaarlijke reagentia vereist. Bovendien was een systematische evaluatie van een gevriesdroogde poreuze alginaatscaffold die tegelijkertijd groen gesynthetiseerde AgNPs (met behulp van Mimosa pudica) en curcumine bevat, specifiek beoordeeld op menselijke keratinocytviabiliteit en proliferatie, voorheen niet gerapporteerd.

Methodologie
De studie maakte gebruik van een "groene synthese"-benadering om een nieuwe ternaire hydrogelscaffold te fabriceren.

1. Groene Synthese van AgNPs: Zilvernanodeeltjes werden gesynthetiseerd met behulp van een waterig extract van Mimosa pudica-bladeren (MPLE) als zowel het reducerende als het inkapselende middel (capping agent). De reactie tussen zilvernitraat en MPLE resulteerde in de bioreductie van Ag⁺ naar Ag⁰, bevestigd door een kleurverandering van bleekgeel naar donkerbruin.
2. Scaffold Fabricage: De gesynthetiseerde MPN-AgNPs werden gedispergeerd in een alginaatoplossing, gevolgd door de toevoeging van een curcumine-stockoplossing. De resulterende ternaire composiet werd gegoten, gevriesdroogd en gekruist met calciumchloride (CaCl₂) om een poreuze hydrogelscaffold te vormen. Een binaire controle-scaffold (Alginaat/AgNPs zonder curcumine) werd eveneens voorbereid voor vergelijking.
3. Karakterisering: De scaffolds ondergingen een uitgebreide fysisch-chemische karakterisering:
   • Optisch/Structureel: UV-Vis spectroscopie, FTIR, XRD en FESEM met EDAX werden gebruikt om de vorming van nanodeeltjes, kristallijne structuur, functionele groepinteracties en morfologie te bevestigen.
   • Fysische Eigenschappen: Porositeit, zwelgedrag en degradatiesnelheden werden getest in PBS bij pH 7,4 en pH 5,5.
   • Drug Release: In vitro vrijgave van curcumine werd gemonitord om kinetiek en pH-gevoeligheid te bepalen.
   • Biologische Evaluatie: Antibacteriële activiteit werd beoordeeld tegen E. coli, Streptococcus sp. en Bacillus cereus via agar-diffusie. Cytocompatibiliteit en proliferatie werden geëvalueerd met behulp van HaCaT menselijke keratinocytcellen via MTT-assay (dag 1, 3 en 5) en Hoechst 33342 fluorescentiemicroscopie.

Belangrijkste Resultaten

• Fysisch-chemische Eigenschappen: UV-Vis spectroscopie bevestigde de vorming van AgNPs met een Surface Plasmon Resonance (SPR) piek bij 435 nm. FTIR-analyse identificeerde elektrostatische coördinatie-interacties tussen de alginaatcarboxylaatgroepen en het AgNP-oppervlak. XRD bevestigde de face-centred cubic (fcc) kristallijne structuur van de AgNPs binnen de amorfe alginaatmatrix. FESEM onthulde sferische AgNPs (ongeveer 11,5 ± 2,3 nm) en een sterk onderling verbonden macroporeuze scaffold-architectuur die geschikt is voor celinfiltratie. EDAX bevestigde de succesvolle integratie van alle componenten, waarbij zilver 31,59 gewichtsprocent van de uiteindelijke scaffold vormde en chloride-onzuiverheden effectief werden verwijderd.
• Zwellen en Vrijgave: De scaffold vertoonde pH-responsief gedrag, met een aanzienlijk hoger zwelvermogen (419,05% bij pH 5,5 versus 342,85% bij pH 7,4) en versnelde degradatie onder zure omstandigheden. De curcuminevrijgave volgde een zero-order kinetisch model met niet-Fickiaanse anomale transport, wat wijst op een aanhoudende vrijgave die wordt versneld in zure omgevingen die typerend zijn voor geïnfecteerde wonden.
• Antibacteriële Activiteit: Beide scaffolds vertoonden antibacteriële activiteit tegen Gram-positieve en Gram-negatieve stammen. De met curcumine geladen scaffold vertoonde consequent grotere inhibitiezones vergeleken met de binaire controle (bijv. 10,5 mm versus 9,7 mm tegen Streptococcus sp.), wat duidt op een synergetisch effect tussen curcumine en AgNPs.
• Cytocompatibiliteit: In vitro evaluatie met HaCaT-cellen toonde aan dat beide scaffolds niet-cytotoxisch waren. De celviabiliteit nam progressief toe over 5 dagen. Opvallend genoeg vertoonde de met curcumine geladen scaffold een significant hogere keratinocytviabiliteit (96,15% versus 93,98% voor de binaire scaffold op dag 5) en een dichtere cellulaire dekking in fluorescentiemicroscopie, wat de pro-proliferatieve bijdrage van curcumine bevestigt.

Belangrijkste Bijdragen en Betekenis
De primaire bijdrage van dit werk is de ontwikkeling en systematische evaluatie van een nieuwe, volledig natuurlijke bioactieve hydrogelscaffold die groen gesynthetiseerde AgNPs en curcumine integreert binnen een natriumalginaatmatrix. De studie stelt vast dat:

1. Synergetische Bioactiviteit: De combinatie van door Mimosa pudica afgeleide AgNPs en curcumine een synergetisch effect creëert, waardoor zowel de antibacteriële effectiviteit als de keratinocytproliferatie wordt verbeterd in vergelijking met binaire systemen.
2. Doelgerichte Aflevering: Het pH-responsieve karakter van de scaffold maakt een versnelde drug release en degradatie mogelijk in het zure micro-milieu van geïnfecteerde of chronische wonden, wat gerichte therapie faciliteert.
3. Duurzame Fabricage: Het gebruik van plant-gemedieerde groene synthese elimineert gevaarlijke chemische reagentia, terwijl de samenstelling van de scaffold (alginaat, curcumine, plant-afgeleide AgNPs) zorgt voor biologische afbreekbaarheid in niet-toxische metabolieten.

Conclusie
De auteurs concluderen dat de Alginaat/AgNPs–Curcumine scaffold een veelbelovende kandidaat is voor huidweefselengineering en wondgenezingstoepassingen. Het materiaal combineert succesvol antimicrobiële bescherming met een ondersteunende omgeving voor celgroei, waarmee de dubbele uitdagingen van infectiebestrijding en weefselregeneratie worden aangepakt. De studie positioneert deze scaffold als een levensvatbaar, duurzaam biomateriaal voor regeneratieve geneeskunde, waarbij toekomstig werk wordt aanbevolen om in vivo wondgenezingsbeoordelingen te omvatten.