Síntesis verde de nanopartículas de oro a partir de extractos de Artemisia capillaris, Portulaca oleracea y Prunella vulgaris: actividad antioxidante y evaluación citotóxica

Resumen

Tres extractos acuosos de plantas —Artemisia capillaris, Portulaca oleracea y Prunella vulgaris— se emplearon para biofabricar nanopartículas de oro (AuNP). Se cuantificaron sus perfiles antioxidantes, incluyendo capacidad de captura de radicales libres, contenido fenólico total y poder reductor, y se correlacionaron con la eficiencia de síntesis de AuNP. Prunella vulgaris mostró la mayor actividad antioxidante y sirvió como agente reductor más eficaz, generando AuNP (PV‑AuNP) con un pico de resonancia de plasmon de superficie (SPR) a 530 nm y morfologías diversas. La difracción de rayos X de alta resolución confirmó una red cristalina cúbica centrada en las caras, y la espectroscopía de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente (ICP‑OES) estimó un rendimiento de reacción del 99,3 %. La dispersión dinámica de luz reveló un diámetro hidrodinámico de 45 ± 2 nm y un potencial zeta de –13,99 mV. Los PV‑AuNP exhibieron actividad antioxidante dependiente de la dosis y citotoxicidad significativa hacia células de adenocarcinoma colorrectal humano (HT‑29) sin suero fetal bovino (FBS), mientras que las células de adenocarcinoma ductal pancreático (PANC‑1) mostraron máxima respuesta en presencia de FBS. Estos hallazgos destacan el extracto de P. vulgaris como agente reductor potente y ecológico para producir AuNP bioactivos con potencial terapéutico.

Introducción

La creciente demanda de nanopartículas metálicas, particularmente de oro (AuNP), proviene de su versatilidad como vectores de fármacos, catalizadores, agentes de imagen y biosensores. Las rutas de síntesis convencionales —pulverización iónica, formación de micelas inversas y reducción química— a menudo implican reactivos costosos y plantean preocupaciones de toxicidad. La síntesis verde, que aprovecha extractos vegetales como agentes reductores, estabilizadores y recubridores naturales, ofrece una alternativa rentable, escalable y biocompatible. Fitoquímicos como fenoles, terpenoides y flavonoides no solo reducen iones metálicos sino que también confieren propiedades antioxidantes y mejoran la estabilidad de las nanopartículas.

Artemisia capillaris (familia Asteraceae) se ha usado en medicina tradicional por sus efectos antibacterianos, antiinflamatorios y hepatoprotectores, atribuidos a constituyentes como capilina y escoparona. Portulaca oleracea (familia Portulacaceae) posee actividades antibacterianas, antifúngicas y antioxidantes, vinculadas a alcaloides, ácidos grasos y flavonoides. Prunella vulgaris (familia Lamiaceae) exhibe efectos antivirales, anticancerígenos, inmunomoduladores y antioxidantes, debidos principalmente a ácidos fenólicos y triterpenoides como ácido rosmarínico y ácido ursólico.

La corona proteica —capa de adsorción de proteínas séricas que se forma al entrar las nanopartículas en fluidos biológicos— influye críticamente en la captación celular, biodistribución y citotoxicidad. La carga superficial, tamaño y morfología de las AuNP dictan la composición de la corona, modulando así la eficacia terapéutica. En este estudio examinamos cómo la potencia antioxidante de los tres extractos vegetales afecta la formación de AuNP y cómo las nanopartículas resultantes interactúan con células cancerosas en presencia o ausencia de FBS.

Métodos

Materiales

Todos los reactivos fueron de grado analítico. Cloruro de oro(III) potásico (KAuCl₄) y antioxidantes estándar (BHT, vitamina C) se adquirieron de Sigma‑Aldrich (St. Louis, MO, EE. UU.). Los suministros de cultivo celular provinieron de Gibco (Thermo Fisher Scientific) y GE Healthcare HyClone™ (Victoria, Australia). Las especificaciones detalladas de reactivos se listan en la tabla suplementaria.

Instrumentos

Los espectros UV‑vis se registraron en un espectrofotómetro Shimadzu UV‑2600 (λ = 300–800 nm). La imagen HR‑TEM empleó un JEM‑2100F (JEOL, 200 kV). La difracción de rayos X usó un Rigaku Miniflex (CuKα, 1,54056 Å). El análisis ICP‑OES se realizó en un Perkin Elmer Optima 8300. Las mediciones de dispersión dinámica de luz y potencial zeta se obtuvieron con un analizador NanoBrook 90 Plus. Todos los instrumentos se calibraron según las directrices del fabricante.

Preparación de extractos acuosos

Partes aéreas secas de P. vulgaris y A. capillaris se obtuvieron de Omniherb (Daegu, Corea); P. oleracea se compró en Handsherb (Youngchun, Corea). Cada planta (100 g) se sonicó en 1 L de agua desionizada a 25 °C durante 3 h, repetido tres veces. El filtrado se liofilizó para obtener un polvo, almacenado a –20 °C hasta su uso.

Ensayos antioxidantes

La captura de radicales libres (DPPH y ABTS), poder reductor y contenido fenólico total se cuantificaron siguiendo protocolos estándar. Todos los ensayos se realizaron por triplicado y los resultados se expresaron como IC₅₀ (µg mL⁻¹) o mg GAE g⁻¹. Las metodologías detalladas se proveen en el material suplementario.

Biofabricación de AuNP

Se prepararon soluciones madre de KAuCl₄ (10 mM) y extractos vegetales (2 % p/v). Tras centrifugación (18 500 g, 30 min, 18 °C), los sobrenadantes se mezclaron a concentraciones finales de 0,5 mM Au y 0,05 % p/v extracto en viales de 2 mL. La reacción procedió a 37 °C durante 5 h. Los espectros UV‑vis se registraron para monitorizar el desarrollo del SPR.

Cultivo celular

Células HT‑29 (colon), PANC‑1 (páncreas) y MDA‑MB‑231 (mama) se mantuvieron en DMEM de alta glucosa suplementado con 10 % FBS, 100 U mL⁻¹ penicilina y 100 µg mL⁻¹ estreptomicina a 37 °C, 5 % CO₂.

Ensayo de citotoxicidad

La viabilidad celular se evaluó mediante el ensayo EZ‑CYTOX WST. Células (5 × 10³ células mL⁻¹) se sembraron en placas de 96 pozos, incubaron 24 h, luego se trataron con PV‑AuNP (0–478,3 µg mL⁻¹ Au) ± 10 % FBS durante 24 h. La absorbancia a 450 nm se registró, con sustracción de fondo de la absorbancia intrínseca de PV‑AuNP.

Análisis estadístico

Los datos se presentan como media ± EE. La significancia se evaluó mediante ANOVA de un factor seguido de prueba post-hoc de Tukey (p < 0,05). Los análisis se realizaron con GraphPad Prism 5.02.

Resultados y discusión

Perfiles antioxidantes de los extractos

Los rendimientos de extracción fueron 14,1 % (A. capillaris), 39,12 % (P. oleracea) y 28,6 % (P. vulgaris). Los ensayos antioxidantes revelaron que P. vulgaris exhibió los valores IC₅₀ más bajos para DPPH (50,35 ± 1,22 µg mL⁻¹) y ABTS (38,6 ± 0,44 µg mL⁻¹), superando al BHT (71,37 ± 0,84 µg mL⁻¹). El poder reductor y el contenido fenólico total siguieron la misma tendencia: 162,98 µg mL⁻¹ (P. vulgaris) vs. 235,38 µg mL⁻¹ (A. capillaris) vs. 396,16 µg mL⁻¹ (P. oleracea). Los fenoles totales fueron 90,53 ± 6,81 mg GAE g⁻¹ para P. vulgaris, 39,88 ± 4,55 mg GAE g⁻¹ para A. capillaris y 18,32 ± 2,76 mg GAE g⁻¹ para P. oleracea. Estos resultados confirman que P. vulgaris alberga los constituyentes antioxidantes más potentes.

Síntesis verde de AuNP

Cada extracto facilitó la formación de AuNP, evidenciada por picos SPR distintos y cambios visibles de color: PO‑AuNP (azul oscuro, banda ancha 500–700 nm), AC‑AuNP (marrón, pico 555 nm) y PV‑AuNP (rojo vino, pico 530 nm). La superior actividad antioxidante de P. vulgaris se tradujo en mayor intensidad SPR, ancho de banda más estrecho y mejor estabilidad coloidal. Los PO‑AuNP agregaron tras 30 min a 25 °C, indicando la menor estabilidad entre los tres.

Morfología y distribución de tamaño (PV‑AuNP)

HR‑TEM reveló morfología diversa: esferas (23,8 ± 1,3 nm), triángulos equiláteros (25,7 ± 2,2 nm), varillas (28,4 ± 0,4 nm, relación de aspecto = 2,4) y rombos (diagonal larga = 22,0 ± 0,6 nm, diagonal corta = 15,4 ± 0,3 nm). Todas las partículas fueron cristalinas, confirmadas por franjas de red. Los histogramas de tamaño mostraron distribuciones gaussianas para cada forma.

Tamaño hidrodinámico y carga superficial

Las mediciones DLS indicaron un diámetro hidrodinámico de 45 ± 2 nm (polidispersidad = 0,258) y un potencial zeta negativo de –13,99 mV, sugiriendo una estabilización estérica y electrostática eficaz por fitoquímicos unidos a la superficie.

Cristalinidad (HR‑XRD)

Los patrones HR‑XRD mostraron picos característicos a 2θ = 38,1°, 44,5°, 64,8° y 77,4°, correspondientes a los planos (111), (200), (220) y (311) de una red cúbica centrada en las caras. El análisis de Scherrer del pico (111) produjo un tamaño de cristalito aproximado de 16,7 nm.

Rendimiento de reacción

ICP‑OES cuantificó 96,337 ppm Au en la solución coloidal y 0,679 ppm en el sobrenadante, generando un 99,3 % de eficiencia de conversión.

Actividad antioxidante de PV‑AuNP

Los PV‑AuNP mostraron captura de DPPH dependiente de la dosis, con IC₅₀ de 165,0 µg mL⁻¹ Au (≈49,4 µM vitamina C). Esta actividad paralela a la reportada para AuNP mediadas por plantas y se atribuye a fenoles unidos a la superficie.

Citotoxicidad en líneas celulares cancerosas

En condiciones sin suero, las células HT‑29 fueron las más sensibles a PV‑AuNP (65,6 % inhibición a 478,3 µg mL⁻¹). PANC‑1 y MDA‑MB‑231 mostraron respuestas menores. Con 10 % FBS, las células PANC‑1 exhibieron citotoxicidad aumentada (37,5 % a 478,3 µg mL⁻¹), mientras que la citotoxicidad en HT‑29 disminuyó, resaltando un efecto dependiente de la corona proteica y específico de tejido. El potencial zeta negativo probablemente promueve adsorción selectiva de proteínas (ej. fibrinógeno), influyendo en la captación celular y toxicidad.

Conclusiones

Los extractos acuosos de A. capillaris, P. oleracea y P. vulgaris mostraron actividad antioxidante medible. P. vulgaris emergió como el agente reductor más potente, generando AuNP altamente cristalinas, color rojo vino (PV‑AuNP) con una tasa de conversión del 99,3 % y diámetro hidrodinámico de 45 ± 2 nm. Los PV‑AuNP exhibieron capacidad antioxidante dependiente de la dosis y citotoxicidad selectiva hacia células de cáncer colorrectal, pancreático y de mama, con la corona proteica modulando la eficacia. Estos hallazgos subrayan el valor de extractos vegetales de alto poder antioxidante en la síntesis verde de nanopartículas y sugieren los PV‑AuNP como candidatos prometedores para administración dirigida de fármacos, especialmente combinados con fitoquímicos cardioprotectores de P. vulgaris. Los trabajos futuros se centrarán en cargar quimioterápicos sobre PV‑AuNP para aprovechar tanto efectos anticancerígenos como protectores.

Abreviaturas

ABTS:

Ácido 2,2′‑azino‑bis(3‑etilbenzotiazolin‑6‑sulfonico)

AC‑AuNP:

Nanopartículas de oro sintetizadas a partir de extracto de A. capillaris

AgNP:

Nanopartículas de plata

AuNP:

Nanopartículas de oro

BHT:

Hidroxitolueno butilado

DMEM:

Medio modificado de Dulbecco para Eagle

DPPH:

2,2‑Difenil‑1‑picrilhidracilo

FBS:

Suero fetal bovino

GAE:

Equivalente de ácido gálico

HR‑TEM:

Microscopía electrónica de transmisión de alta resolución

HR‑XRD:

Difracción de rayos X de alta resolución

HT‑29:

Línea celular de adenocarcinoma colorrectal humano

IC₅₀:

Concentración inhibitoria半最大

ICP‑OES:

Espectroscopía de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente

MDA‑MB‑231:

Línea celular de adenocarcinoma de mama humano

PANC‑1:

Línea celular de adenocarcinoma ductal pancreático humano

PO‑AuNP:

Nanopartículas de oro sintetizadas a partir de extracto de P. oleracea

PV‑AuNP:

Nanopartículas de oro sintetizadas a partir de extracto de P. vulgaris

SPR:

Resonancia de plasmon de superficie

Ensayo WST:

Ensayo de tetrazolio soluble en agua