Groengesynthetiseerde zilvernanodeeltjes uit granaatappelschil: krachtige antimicrobiële en darmkanker-cytotoxiciteit

Samenvatting

Medicijnresistente microben en stijgende tumortarissen eisen innovatieve oplossingen. Deze studie demonstreert de eco-vriendelijke synthese van zilvernanodeeltjes (AgNPs) met behulp van waterige granaatappel (Punica granatum) schilextract—een veelvoorkomend bio-afval. De transformatie van een heldere oplossing tot een donkerbruine kleur, bevestigd door UV-Vis spectroscopie (plasmonpiek bij 378 nm) en röntgendiffractie (kubieke structuur), leverde sferische AgNPs van 20–40 nm in diameter (gemiddeld 26,95 nm). De deeltjes vertoonden sterke antibacteriële activiteit tegen zowel Gram-negatieve als Gram-positieve pathogenen, inclusief E. coli, P. aeruginosa, P. vulgaris, S. typhi, S. aureus, S. epidermidis, en K. pneumoniae. Cytotoxiciteitstesten op de darmkankercellijn RKO onthulden 56% levensvatbaarheid op dag 3 en 61% op dag 5 met 12,5 µg mL⁻¹ AgNPs. Deze resultaten benadrukken het potentieel van granaatappel-gederiveerde AgNPs als dubbele antibacteriële en anticancereus agentia.

Achtergrond

De snelle evolutie van nanotechnologie heeft de groene synthese—met plantenextracten—in de schijnwerpers gezet om nanodeeltjes onder 100 nm te produceren, ideaal voor medicijnafgifte en biomedische toepassingen. In tegenstelling tot dure chemische of fysieke routes, is de groene benadering goedkoop, niet-toxisch, en benut natuurlijke reducerende agentia zoals proteïnen, enzymen, en koolhydraten. Op deze manier geproduceerde zilvernanodeeltjes (AgNPs) tonen superieure antimicrobiële effectiviteit, toeschrijfbaar aan hun hoge oppervlakte-tot-volume verhouding en vermogen om bacteriële cellen efficiënter te penetreren dan zilverionen.

Ziekenhuisgeïnduceerde infecties, vaak gedreven door Gram-negatieve en Gram-positieve bacteriën, vereisen nieuwe antibacteriële strategieën. Recente studies tonen aan dat AgNPs kunnen synergiseren met conventionele antibiotica, wat de algehele activiteit verhoogt. Bovendien hebben AgNPs cytotoxische effecten getoond op diverse kankercellijnen, wat ze aantrekkelijke kandidaten maakt voor antikankertherapie.

Dit onderzoek richt zich op de synthese van AgNPs uit Punica granatum schilextract, het evalueren van hun antibacteriële potentie tegen een panel van klinisch relevante pathogenen, en het beoordelen van cytotoxiciteit op een darmkankercelijn.

Methoden

Bereiding van de Schilextract

Eén kilogram Saoudi granaatappels (gekweekt in Taif) werd gewassen, geschild, en gedroogd. De schil werd verfijnd tot poeder, en 10 g werd 24 u bij kamertemperatuur in 100 mL dubbel-gedestilleerd water geweekt. Het mengsel werd gefiltreerd door Whatman Nr. 1 papier om de waterige extract te verkrijgen, uitgevoerd onder steriele omstandigheden.

Synthese van AgNPs

0,1 mM zilvernitraat werd gemengd met 250 mL dubbel-gedestilleerd water. Tien milliliter van de schilextract werd toegevoegd, en de oplossing werd 5 min geschud. Een kleurverandering van kleurloos naar donkerbruin, waargenomen na 24 u, gaf Ag⁰ vorming aan. De suspensie werd gecentrifugeerd bij 15.000 RPM gedurende 15 min, vier keer herhaald, wat zuivere AgNPs opleverde voor verdere analyses.

Karakterisering

UV-Vis spectra (200–800 nm) werden vastgelegd op 24, 48, en 72 u met een Perkin Elmer Lambda 950. Röntgendiffractie (PANalytical) determineerde de kristalstructuur. TEM (JEOL JEM-1230) en SEM (JSM 6380 LA) beoordeelden morfologie en grootte; EDX (JED 2200) kwantificeerde elementaire samenstelling.

Antibacteriële Assays

Bacteriële Suspensies

Klinische isolaten (E. coli ATCC 25922, P. aeruginosa ATCC 27584, P. vulgaris ATCC 8427, S. typhi ATCC 14028, S. aureus ATCC 29213, S. epidermidis MTCC 3615, K. pneumoniae) werden hersteld, gekweekt op voedingsagar, en bereid bij 10⁶ CFU mL⁻¹.

Agar Put Diffusie

Putten werden gevuld met 25, 50, 75, en 100 µL van AgNP-suspensie. Platen werden geïncubeerd bij 37 °C gedurende 24 u, en inhibitie-zones (mm) werden gemeten. Elk assay werd in drievoud uitgevoerd.

Cytotoxiciteit

Celproliferatie

RKO darmkankercellen (ATCC CRL-2577) werden gezaaid bij 5 × 10³ cellen mL⁻¹ in 96-putplaten en behandeld met 0,3–100 µg mL⁻¹ AgNPs. Alamar Blue assays werden uitgevoerd op dag 3 en 5, met relatieve fluorescentie-eenheden gemeten.

Apoptose/Necrose

Cellen werden gekleurd met acridine orange/ethidium bromide (AO/EtBr) na 5 dagen blootstelling aan 1,5–25 µg mL⁻¹ AgNPs en bekeken onder een fluorescentiemicroscoop om levende, apoptotische, en necrotische cellen te identificeren.

Statistische Analyse

Data werden geanalyseerd met eenrichtings ANOVA (GraphPad Prism 6.0). Resultaten met p < 0,05 werden als statistisch significant beschouwd.

Resultaten en Discussie

De groene synthese verliep soepel, met een zichtbare kleurshift die AgNP-vorming bevestigde. UV-Vis spectra toonden een karakteristieke plasmonpiek bij 378 nm, wiens intensiteit in de tijd toenem, wat hogere nanodeeltjesconcentraties weerspiegelt.

XRD-patronen matched het vlakgecentreerde kubieke structuur van zilver (JCPDS Nr. 04-0783). TEM-beelden onthulden uniform verdeelde, sferische deeltjes van 20 tot 40 nm, gemiddeld 26,95 nm. SEM bevestigde vergelijkbare morfologie, terwijl EDX-analyse 70% Ag per gewicht kwantificeerde, wat succesvolle synthese bevestigt.

Antibacteriële testen toonden dosis-afhankelijke inhibitie-zones. Gram-negatieve bacteriën (E. coli, P. aeruginosa, S. typhi) en Gram-positieve bacteriën (S. aureus, S. epidermidis, K. pneumoniae) werden geïnhibeerd, met de meest uitgesproken effecten bij 100 µL concentraties. Opvallend was dat S. typhi lagere gevoeligheid vertoonde, in lijn met eerdere rapporten.

Cytotoxiciteitstesten onthulden een 56% reductie in RKO-cellevensvatbaarheid op dag 3 en 61% op dag 5 met 12,5 µg mL⁻¹ AgNPs. AO/EtBr kleuring bevestigde apoptose en autofagie-gerelateerde veranderingen, wat aangeeft dat deze nanodeeltjes geprogrammeerde celdood-paden in darmkankercellen kunnen activeren.

Conclusies

Granaatappelschilextract fungeert als een effectieve, duurzame reducerende agent voor de productie van AgNPs met optimale grootte (20–40 nm) voor medicijnafgifte. De gesynthetiseerde deeltjes vertonen sterke antibacteriële activiteit over een spectrum van klinisch relevante pathogenen bij lage concentraties en tonen significante cytotoxiciteit tegen darmkankercellen. Deze bevindingen positioneren groengesynthetiseerde AgNPs als veelbelovende kandidaten voor dubbele antibacteriële en antikanker therapeutische ontwikkeling.

Afkortingen

EDX

Energiedispersieve röntgenspectroscopie

SEM

Scanning elektronenmicroscoop

TEM

Transmissie elektronenmicroscopie

XRD

Röntgendiffractie