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Jul 26, 2023

Évaluation toxicologique de Phormidium sp. nanoparticules dérivées d'oxyde de cuivre pour ses applications biomédicales et environnementales

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 6246 (2023) Citer cet article 969 Accès 2 Citations 1 Détails d'Altmetric Metrics Poussé par la nécessité de biosynthétiser des agents biomédicaux alternatifs pour

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6246 (2023) Citer cet article

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Poussés par la nécessité de biosynthétiser d’autres agents biomédicaux pour prévenir et traiter les infections, les nanoparticules d’oxyde de cuivre (CuONP) sont apparues comme une voie prometteuse. La synthèse de CuONP dérivée de cyanobactéries présente un intérêt considérable car elle offre une voie écologique, rentable et biocompatible. Dans la présente étude, les CuONP biosynthétisés ont été caractérisés et étudiés en ce qui concerne leur toxicité. L'analyse morphologique par TEM, SEM et AFM a montré une taille de particule sphérique de 20,7 nm avec 96 % de cuivre, confirmant la pureté des CuONP. Les CuONP biogéniques avec une valeur IC50 de 64,6 µg ml−1 ont montré une élimination de 90 % des radicaux libres dans le test d'élimination des radicaux superoxydes. Les CuONP ont montré une activité anti-inflammatoire améliorée de 86 % par rapport à la dénaturation des protéines avec une valeur IC50 de 89,9 µg ml−1. Les CuONP biogéniques ont présenté une toxicité significative contre les souches bactériennes avec une valeur de CMI la plus faible de 62,5 µg ml-1 pour B. cereus et une souche fongique avec une valeur de CMI de 125 µg ml-1 pour C. albicans. De plus, les CuONP ont démontré un degré élevé d’interaction synergique lorsqu’ils sont associés à des médicaments standards. Les CuONP ont présenté une cytotoxicité significative contre le cancer du poumon non à petites cellules avec une valeur IC50 de 100,8 µg ml-1 pour A549 et de 88,3 µg ml-1 pour la lignée cellulaire H1299 avec activités apoptotiques. De plus, les CuONP biogéniques ont été évalués pour leur potentiel de dégradation photocatalytique contre le colorant bleu de méthylène et ont pu éliminer 94 % du colorant en 90 minutes. L'analyse de l'élimination des radicaux libres suggère que la dégradation du colorant assistée par les CuONP est principalement induite par les radicaux hydroxydes. Les CuONP biogéniques apparaissent comme un photocatalyseur écologique et rentable pour le traitement des eaux usées contaminées par des colorants synthétiques qui constituent une menace pour le biote aquatique et la santé humaine. La présente étude a mis en évidence le mélange du potentiel biomédical et photocatalytique des CuONP dérivés du Phormidium comme une approche attrayante pour les applications futures en nanomédecine et en bioremédiation.

À l’échelle mondiale, l’utilisation de nanoparticules (NP) dans le domaine biomédical a attiré l’attention des chercheurs. Le faible rapport surface/volume par rapport au matériau en vrac est responsable de leurs propriétés améliorées ou uniques. Car cela permet aux NP d’interagir avec un degré élevé de spécificité et une efficacité accrue pour lutter contre les maladies infectieuses1,2. Parmi les différents oxydes métalliques NP, les nanoparticules d'oxyde de cuivre (CuONP) ont suscité un intérêt considérable en raison de leur grande stabilité, de leur durée de conservation plus longue, de leur efficacité quantique élevée et de leur activité antimicrobienne. L’application biomédicale étendue des CuONP en tant qu’activités antioxydantes, antimicrobiennes, anti-inflammatoires, antivirales, cytotoxiques et anticancéreuses en a fait de solides candidats pour être utilisés comme agents thérapeutiques3,4,5,6,7. Une durée de conservation et une stabilité plus longues font également des CuONP le candidat approprié en biotechnologie environnementale pour la purification de l'eau et l'élimination des polluants des effluents industriels sans formation de sous-produits nocifs8. Dans le corps humain, le cuivre (Cu) est présent dans les oligo-éléments présents dans des enzymes telles que la superoxyde dismutase, la cytochrome oxydase et la tyrosinase6. De plus, il sert de cofacteur à plusieurs enzymes responsables de la production de neuropeptides, du mécanisme de signalisation cellulaire, du stress oxydatif et du fonctionnement des cellules immunitaires chez l'homme9.

La synthèse des CuONP peut être réalisée par plusieurs processus physiques, chimiques et biologiques. Les approches de synthèse physique et chimique souffrent d'inconvénients tels que des réactifs coûteux, des conditions de réaction dangereuses, des délais plus longs, un processus fastidieux pour isoler les NP et des dommages aux écosystèmes ainsi qu'à la santé humaine10,11. Ainsi, pour combler ces lacunes, le principe de la chimie verte utilisant des ressources naturellement disponibles comme les virus, les bactéries, les cyanobactéries, les champignons, les algues et les plantes a été utilisé pour la fabrication de NP12. Les cyanobactéries (algues bleu-vert) forment l'un des groupes ancestraux les plus grands et les plus primitifs avec des structures cellulaires procaryotes capables de réaliser une photosynthèse dépendante du dioxyde de carbone. Les cyanobactéries ont reçu beaucoup d'attention scientifique pour leur capacité à synthétiser les NP, non seulement en raison de leur efficacité élevée en biomasse, mais également en raison de leur potentiel à biorestaurer les métaux dangereux et à les transformer en des formes plus gérables13. Ceux-ci sont capables de synthétiser des NP inorganiques et d'oxydes métalliques, par exemple des nanoparticules de sélénium, de zinc, de platine, de palladium, d'or et d'argent14,15,16,17,18. La synthèse des NP facilitée par les cyanobactéries se produit soit de manière extracellulaire, ce qui implique la production d'enzyme réductase en raison d'interactions électrostatiques, soit de manière intracellulaire, c'est-à-dire au sein des cellules, par l'activité d'enzymes13.