Nanopartículas de plata sintetizadas de forma verde a partir de cáscara de granada: potente actividad antimicrobiana y citotoxicidad en cáncer de colon

Resumen

Los microbios resistentes a fármacos y las crecientes tasas de tumores demandan soluciones innovadoras. Este estudio demuestra la síntesis ecológica de nanopartículas de plata (AgNPs) usando extracto acuoso de cáscara de granada (Punica granatum) —un biodeshecho común. La transformación de una solución clara a tono marrón oscuro, confirmada por espectroscopía UV-Vis (pico de plasmon a 378 nm) y difracción de rayos X (estructura cúbica), produjo AgNPs esféricas de 20–40 nm de diámetro (promedio 26.95 nm). Las partículas exhibieron fuerte actividad antibacteriana contra patógenos Gram-negativos y Gram-positivos, incluyendo E. coli, P. aeruginosa, P. vulgaris, S. typhi, S. aureus, S. epidermidis y K. pneumoniae. Ensayos de citotoxicidad en la línea celular de cáncer de colon RKO revelaron 56% viabilidad al día 3 y 61% al día 5 con 12.5 µg mL⁻¹ AgNPs. Estos resultados subrayan el potencial de AgNPs derivadas de granada como agentes antibacterianos y anticancerígenos duales.

Antecedentes

La rápida evolución de la nanotecnología ha puesto el foco en la síntesis verde —usando extractos vegetales— para producir nanopartículas por debajo de 100 nm, ideales para administración de fármacos y aplicaciones biomédicas. A diferencia de rutas químicas o físicas costosas, el enfoque verde es barato, no tóxico y aprovecha agentes reductores naturales como proteínas, enzimas y carbohidratos. Las nanopartículas de plata (AgNPs) producidas así muestran eficacia antimicrobiana superior, atribuible a su alta relación superficie-volumen y capacidad para penetrar células bacterianas más eficientemente que iones de plata.

Las infecciones nosocomiales, a menudo impulsadas por bacterias Gram-negativas y Gram-positivas, requieren nuevas estrategias antibacterianas. Estudios recientes muestran que las AgNPs pueden sinergizar con antibióticos convencionales, mejorando la actividad global. Además, las AgNPs han demostrado efectos citotóxicos en varias líneas celulares cancerosas, volviéndolas candidatas atractivas para terapia anticancerígena.

Esta investigación se centra en sintetizar AgNPs a partir de extracto de cáscara de Punica granatum, evaluar su potencia antibacteriana contra un panel de patógenos clínicamente relevantes y valorar la citotoxicidad en una línea celular de cáncer de colon.

Métodos

Preparación del Extracto de Cáscara

Un kilogramo de frutos de granada saudíes (cultivados en Taif) se lavó, peló y secó. La cáscara se molió en polvo fino, y 10 g se remojaron en 100 mL de agua bidestilada por 24 h a temperatura ambiente. La mezcla se filtró por papel Whatman No. 1 para obtener el extracto acuoso, realizado en condiciones estériles.

Síntesis de AgNPs

0.1 mM de nitrato de plata se mezcló con 250 mL de agua bidestilada. Se añadieron 10 mL del extracto de cáscara y la solución se agitó por 5 min. Un cambio de color de incoloro a marrón oscuro, observado tras 24 h, indicó formación de Ag⁰. La suspensión se centrifugó a 15,000 RPM por 15 min, repetido cuatro veces, obteniendo AgNPs purificadas para análisis subsiguientes.

Caracterización

Espectros UV-Vis (200–800 nm) se registraron a 24, 48 y 72 h usando Perkin Elmer Lambda 950. Difracción de rayos X (PANalytical) determinó estructura cristalina. TEM (JEOL JEM-1230) y SEM (JSM 6380 LA) evaluaron morfología y tamaño; EDX (JED 2200) cuantificó composición elemental.

Ensayos Antibacterianos

Suspensiones Bacterianas

Aislamientos clínicos (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) se revivieron, cultivaron en agar nutritivo y prepararon a 10⁶ UFC mL⁻¹.

Difusión en Pozo de Agar

Los pozos se llenaron con 25, 50, 75 y 100 µL de suspensión de AgNP. Las placas se incubaron a 37 °C por 24 h y se midieron zonas de inhibición (mm). Cada ensayo se realizó en triplicado.

Citotoxicidad

Proliferación Celular

Células de cáncer de colon RKO (ATCC CRL-2577) se sembraron a 5 × 10³ células mL⁻¹ en placas de 96 pocillos y trataron con 0.3–100 µg mL⁻¹ AgNPs. Ensayos Alamar Blue se realizaron en días 3 y 5, midiendo unidades de fluorescencia relativa.

Apoptosis/Necrosis

Las células se tiñeron con naranja de acridina/bromuro de etidio (AO/EtBr) tras 5 días de exposición a 1.5–25 µg mL⁻¹ AgNPs y examinaron bajo microscopio de fluorescencia para identificar células viables, apoptóticas y necróticas.

Análisis Estadístico

Los datos se analizaron con ANOVA de una vía (GraphPad Prism 6.0). Resultados con p < 0.05 se consideraron estadísticamente significativos.

Resultados y Discusión

La síntesis verde transcurrió sin problemas, con cambio de color visible confirmando formación de AgNPs. Los espectros UV-Vis mostraron un pico de plasmon característico a 378 nm, cuya intensidad aumentó con el tiempo, reflejando mayores concentraciones de nanopartículas.

Los patrones XRD coincidieron con la estructura cúbica centrada en caras de plata (JCPDS No. 04-0783). Imágenes TEM revelaron partículas esféricas uniformemente distribuidas de 20 a 40 nm, promediando 26.95 nm. SEM confirmó morfología similar, mientras que análisis EDX cuantificó 70% Ag en peso, confirmando síntesis exitosa.

Los ensayos antibacterianos mostraron zonas de inhibición dependientes de dosis. Bacterias Gram-negativas (E. coli, P. aeruginosa, S. typhi) y Gram-positivas (S. aureus, S. epidermidis, K. pneumoniae) fueron inhibidas, con efectos más pronunciados a concentraciones de 100 µL. Notablemente, S. typhi exhibió menor susceptibilidad, alineando con reportes previos.

Los ensayos de citotoxicidad revelaron reducción del 56% en viabilidad de células RKO al día 3 y 61% al día 5 con 12.5 µg mL⁻¹ AgNPs. La tinción AO/EtBr confirmó apoptosis y cambios relacionados con autofagia, indicando que estas nanopartículas pueden desencadenar vías de muerte celular programada en células de cáncer de colon.

Conclusiones

El extracto de cáscara de granada sirve como agente reductor efectivo y sostenible para producir AgNPs con tamaño óptimo (20–40 nm) para administración de fármacos. Las partículas sintetizadas exhiben fuerte actividad antibacteriana contra un espectro de patógenos clínicamente relevantes a bajas concentraciones y demuestran citotoxicidad significativa contra células de cáncer de colon. Estos hallazgos posicionan a las AgNPs sintetizadas verde como candidatos prometedores para desarrollo terapéutico dual antibacteriano y anticancerígeno.

Abreviaturas

EDX

Espectroscopía de rayos X dispersiva en energía

SEM

Microscopio electrónico de barrido

TEM

Microscopía electrónica de transmisión

XRD

Difracción de rayos X