Investigation of gold and silver nanoparticles from Terminalia Mantaly (combretaceae) for their potential against bacteria and cancer cells

Abstract

La nanotechnologie est considérée comme l'avancée technologique la plus importante en raison de ses nouvelles applications répandues et rentables dans le traitement du cancer et des infections bacteriennes. Cependant, les nanoparticules d'or (AuNPs) et d'argent (AgNPs) utilisant des composés phytochimiques d'origine végétale comme agents réducteurs et coiffants ont émergé comme alternative pour le développement des stratégies de traitement efficaces et biocompactibles. Ainsi, cette étude vise à réaliser la biosynthèse de nouvelles nanoparticules d’or et d’argent et évaluer leur capacité à éradiquer les cellules cancéreuses et à inhiber les infections bactériennes associées. Les extraits aqueux et méthanolique de feuilles, des écorces de tige, et de racines de Terminalia mantaly ont été obtenus par macération. Les nanoparticules d'or et d'argent ont été synthétisées, suivi d'une première caractérisation à l'aide de l'analyse par spectroscopie UV-visible et la diffusion dynamique de la lumière (DLS), la microscopie électronique à transmission à haute résolution (HRTEM), la spectroscopie à rayons X à dispersion d'énergie (EDX), la diffraction électronique en zone sélectionnée (SAED), et l'infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Le screening préliminaire d’activité antibactérien des extraits et des nanoparticules d'or et d'argent dérivant a été évalué sur huit souches bactériennes à l'aide du test de microdilution en milieu liquide comme décrit par le CLSI. La cinétique inhibitrice de croissance des nanoparticules d'argent bioactives a été évaluée sur des souches sensibles pendant une période de 8 heures. L'activité anticancéreuse a été réalisée avec des extraits, les nanoparticules d'or et d'argent les plus stables contre trois lignées cellulaires (Caco-2, MCF-7 et HepG2) et sur la lignée cellulaire fibroblaste non cancéreuse (KMST-6) en utilisant le test de MTT. Les extraits, les nanoparticules d’or et d’agent les plus actives ont été selectionnes pour étudier les mécanismes de mort cellulaire (Apoptose) en utilisant le kit de détection d'apoptose Annexin V-Cy3TM (APOAC), la génération intracellulaire des espèces réactives de l'oxygène (ROS) au niveau des cellules utilisant le 5- (et-6) -chlorométhyl-2 ', 7'-dichlorodihydrofluorescéine diacétate acétyl ester (CM-H2DCFDA) et une analyse du cycle cellulaire par la méthode colourée de l'ADN à l'iodure de propidium (PI) en utilisant la cytométrie de flux. La formation de nanoparticules a été observée visuellement par un virage de couleur de la solution jaune à celle similaire vin rouge/rouge pour les nanoparticules d'or et le changement de couleur incoloure au jaune, marron ou vert pour les nanoparticules d'argent. Les valeurs de résonance plasmonique de surface (SPR) variant de 535 à 560 nm et de 438 à 480 nm respectivement pour les nanoparticules d’or et d’argent fournissent ainsi des preuves de la formation des nanoparticules. La forme sphérique a été rarement obtenue avec les nanoparticules de nature crystalline, et un diamètre moyen de 9.3, 6.2, 21 et de 28 nm a été respectivement obtenu avec des nanoparticules d'argent de l’extrait aqueux de feuille à 25 °C et l'extrait aqueux des écorces de tige à 70 °C, et les nanoparticules d'or de l’extrait méthanolique de racines à 25 °C et l’extrait méthanolique des écorces de tige à 70 °C. La caractérisation infrarouge à transformée de Fourier a révélé que certains groupes chimiques fonctionnels tels que les groupes hydroxyle (OH) et aldéhyde (C-OH) des métabolites actifs de la plante Terminalia mantaly. Les nanoparticules biogéniques d’argent synthétisées à partir de l'extrait aqueux de feuilles à 25 °C et de l'extrait aqueux d'écorce de tige à 70°C ont montré une activité antibactérienne importante contre toutes les souches bactériennes testées avec des valeurs respectives de CMI de 3.125 et 125. 000 μg/mL. L'effet bactéricide des nanoparticules d'argent synthétisées à partir de l'extrait aqueux de feuilles à 25 ° C était particulièrement élevé contre Streptococcus pneumoniae et Haemophilus influenzae. Les valeurs des CI50 ont varié de 0.006 à 93.730 μg/mL. Les valeurs des CI50 des nanoparticules etaient plus importante que celles des extraits. Cependant, les extraits méthanoliques des écorces de tige et de racines ont été les plus actifs avec des CI50 de 19.73, et de 2.730 μg / mL respectivement sur les cellules MCF-7. Les nanoparticules d'argent stables étaient les plus prometteuses sur les trois cellules testées avec des valeurs de CI50 de 0.006 et de 0.008 μg/ml sur la cellule HepG2. De plus, les nanoparticules d'or de l'extrait aqueux des racines à 25 °C ont également montré une bonne activité avec des valeurs CI50 de 0.18 et de 6.56 μg/mL sur les cellules HepG2 et MCF-7. Les extraits bioactifs et les nanoparticules d'or n'ont montré aucun effet significatif sur la cellule normale KMST-6. Les résultats Annexin ont confirmé la réduction de plus de 50 % de cellules viables après traitement avec les extraits et les nanoparticules actives. Les pourcentages apoptotiques de 70.23 and 78.01 % ont été obtenus avec l'extrait méthanolique d'écorce de tige respectivement sur les lignées cellulaires Caco-2 et HepG2 cells. Les nanoparticules d'or provenant d'extrait méthanolique d’ecorces de tige à 70°C et les nanoparticules d’argent d'extrait aqueux de feuilles à 25 °C et, traités respectives avec les cellules Caco-2 et MCF-7 ont induit une production importante d'espèces réactives de l'oxygène respectives de 62.83 % et de 63.26 %. Les extraits et les nanoparticules d'argent bioactifs ont principalement provoqué l'arrêt du cycle cellulaire en phase G0/G1, tandis que les nanoparticules d'or bioactives ont également induit l'arrêt du cycle cellulaire en phase G2/M. Les résultats de cette étude ont mis en évidence la capacité de réductrice et potentielle des biomolécules présentes dans les extraits de Terminalia mantaly à produire des nanoparticules d’or et d’argent de petites tailles avec divers motifs structuraux et leurs capacités sélectives d’éradiquer les cellules cancéreuses via des mécanismes d’action tels que l’apoptose à travers la fragmentation de l’ADN confirmant ainsi l’utilisation traditionnelle de la plante Terminalia mantaly pour la prévention, le traitement du cancer et les infections bactériennes associées.