Síntesis verde de nanopartículas de oro con extracto de corteza de Mimosa tenuiflora: citotoxicidad, captación celular y degradación catalítica de azul de metileno

Resumen

Las nanopartículas de oro (AuNP) producidas mediante química verde basada en plantas ofrecen amplias perspectivas biomédicas. Aquí reportamos AuNP sintetizadas a partir de extracto de corteza de Mimosa tenuiflora (Mt) bajo concentraciones controladas de precursor. El Mt se extrajo en etanol‑agua, y su actividad antioxidante se cuantificó mediante ensayos DPPH y polifenoles totales. Los coloides AuMt resultantes mostraron morfologías diversas (20–200 nm) y fueron caracterizados por TEM, XRD, UV‑Vis, FTIR y XPS. AuMt exhibió actividad catalítica en la reducción de azul de metileno (MB) por NaBH₄, con las partículas más pequeñas (AuMt1) mostrando una constante de velocidad de degradación de 8,24 × 10⁻³ s⁻¹ y 50 % de eliminación de MB en 190 s. Estudios de citotoxicidad en células endoteliales de vena umbilical humana (HUVEC) revelaron efectos moderados a 24–48 h, sin una clara respuesta dosis‑dependiente. Microscopía confocal demostró localización citoplasmática de AuMt1 y acumulación perinuclear de AuMt2, indicando internalización celular eficiente sin penetración nuclear. Estos hallazgos posicionan a AuMt como nanotransportadores y agentes catalíticos prometedores en nanomedicina verde.

Introducción

La síntesis en una sola olla mediada por plantas de nanomateriales metálicos es una alternativa ecológica a las rutas convencionales, aprovechando agentes bio‑reductores y estabilizadores presentes en extractos vegetales. La corteza de Mimosa tenuiflora es rica en taninos condensados, flavonoides, saponinas, alcaloides y almidón, todos los cuales pueden reducir Au³⁺ a Au⁰ y estabilizar las nanopartículas resultantes. Estudios previos han explotado extractos Mt para aplicaciones antibacterianas, antiprotozoarias y regenerativas de piel, subrayando su potencial antioxidante y contenido polifenólico. La resonancia de plasmon de superficie (SPR) de las AuNP es sensible al tamaño, forma y naturaleza química de las moléculas estabilizadoras circundantes, influyendo tanto en propiedades ópticas como catalíticas. Las AuNP sintetizadas verde se han aplicado a remediación ambiental, incluyendo degradación de tintes, y como sondas para detección de iones metálicos o teranóstica. El presente trabajo evalúa AuNP producidas a partir de extracto de corteza Mt, evaluando sus características fisicoquímicas, citotoxicidad en células HUVEC, captación celular y eficiencia catalítica en degradación de MB.

Materiales y métodos

Materiales y preparación del extracto

15 g de corteza Mt se maceraron en 70 mL etanol (99 %) y 30 mL agua ultrapura (18 MΩ) durante 15 días a temperatura ambiente. El filtrado se recolectó, centrifugó (14 000 rpm, 1 h) y liofilizó para ensayos antioxidantes. La concentración del extracto Mt se determinó en 32,5 mg mL⁻¹ mediante curva de calibración. Soluciones precursoras de oro de 5,3 mM (AuMt1) y 2,6 mM (AuMt2) se prepararon en agua ultrapura. En cada síntesis, 1,6 mL de extracto Mt y la solución de oro se mezclaron en un tubo de 50 mL, vortexaron a 3000 rpm durante 10 s, y el cambio de color resultante confirmó la formación de AuNP. Los coloides se purificaron por centrifugación repetida (14 000 rpm, 1 h) y resuspendieron en etanol, seguido de sonicación y un paso final de calor seco a 40 °C para obtener nanocompuestos AuMt.

Técnicas de caracterización

Espectros UV‑Vis (200–400 nm para extracto; 250–875 nm para AuMt) se registraron en un Perkin‑Elmer Lambda 40. La cinética SPR se monitorizó a 550–560 nm. Ensayos DPPH (300 µM) y polifenoles totales (Folin‑Ciocalteu) cuantificaron capacidad antioxidante, expresada como % secuestro y equivalentes de ácido gálico, respectivamente. Potencial zeta y dispersión dinámica de luz (DLS) se midieron en un Malvern Zetasizer. Espectros FTIR (4500–500 cm⁻¹) y XPS (Au 4f, C 1s, O 1s) proporcionaron información de química superficial. TEM (JEOL 2010F, 200 keV) y HRTEM evaluaron morfología y espaciamientos de red; EDS confirmó composición elemental. XRD (Bruker D8 QUEST, CuKα) identificó fases cristalinas. La captación celular se visualizó mediante microscopía confocal de barrido láser (CLSM, Zeiss LSM 800) usando excitación a 640 nm. La citotoxicidad se midió por ensayo MTT en células HUVEC (DMEM + 10 % FBS, 37 °C, 5 % CO₂) a concentraciones 25–200 µg mL⁻¹ durante 24 y 48 h. Tinción Live/Dead (calceína/etidio homodímero) complementó datos de viabilidad.

Degradación catalítica de azul de metileno

MB (3,33 × 10⁻⁵ M) se redujo por NaBH₄ (100 mM) en presencia de 90 µL AuMt (2 mg mL⁻¹). Monitoreo UV‑Vis a 660 nm produjo porcentajes de degradación (%D). La constante de velocidad K se derivó del gráfico lineal de Langmuir‑Hinshelwood de ln(A/A₀) vs. tiempo.

Resultados y discusión

Síntesis y caracterización antioxidante

El extracto Mt mostró un pico UV‑Vis prominente a 280 nm, indicativo de polifenoles. La inhibición DPPH alcanzó 50 % a 12,5 µg mL⁻¹, comparable a vitamina C y catequinas. El contenido total de polifenoles fue 425 mg g⁻¹ equivalentes de ácido gálico, confirmando la capacidad reductora del extracto.

Morfología y distribución de tamaño de AuNP

Imágenes TEM revelaron partículas AuMt1 con promedio de 40 nm y formas diversas, mientras que partículas AuMt2 promediaron 150 nm y fueron más esféricas. Mediciones DLS en agua produjeron diámetros hidrodinámicos de 38 nm (AuMt1) y 150 nm (AuMt2), con potenciales zeta negativos (≤ −30 mV) que favorecen estabilidad coloidal. En s‑DMEM, ambos sistemas retuvieron estabilidad (ζ ≈ −25 mV) pero mostraron aumentos modestos de tamaño debido a formación de corona proteica (AuMt1: +34 nm; AuMt2: +43 nm).

Química superficial

Los espectros FTIR mostraron característicos estiramiento O–H (≈ 3250 cm⁻¹) y vibraciones C=O/C–O (≈ 1705 cm⁻¹) para ambas muestras AuMt, confirmando adsorción de taninos y flavonoides. El análisis XPS indicó reducción completa de Au³⁺ a Au⁰ (Au 4f₇/₂ a 84,9 eV). Los espectros C 1s mostraron contribuciones C=O, C–O y C–C, con AuMt2 exhibiendo mayor fracción C–O, consistente con mayor oxidación superficial de grupos fenólicos durante la síntesis.

Citotoxicidad y captación celular

Los ensayos MTT mostraron disminución moderada de viabilidad (10–30 %) a 24–48 h para concentraciones ≥ 50 µg mL⁻¹, sin una clara tendencia dosis‑dependiente. La tinción Live/Dead confirmó alta viabilidad celular a 50 µg mL⁻¹. CLSM reveló dispersión citoplasmática de AuMt1 y localización perinuclear de AuMt2 tras 24 h; reconstrucciones 3‑D confirmaron ausencia de penetración nuclear, sugiriendo genotoxicidad mínima. La intensidad de fluorescencia cuantitativa indicó una proporción de captación ~3:1 para AuMt1 sobre AuMt2, atribuible a menor tamaño, mayor potencial zeta y corona proteica más delgada.

Rendimiento catalítico

AuMt1 logró 50 % de degradación de MB en 190 s con constante de velocidad K = 8,24 × 10⁻³ s⁻¹, superando a AuMt2 (K = 3,54 × 10⁻³ s⁻¹). La actividad dependiente del tamaño se alinea con el área superficial aumentada de nanopartículas más pequeñas.

Conclusiones

Demostramos una síntesis verde escalable a temperatura ambiente de AuNP usando extracto de corteza de Mimosa tenuiflora. Ajustando la proporción precursor/extracto, el tamaño de partícula puede controlarse precisamente. Las nanopartículas AuMt exhiben estabilidad coloidal favorable, citotoxicidad moderada, captación celular eficiente sin entrada nuclear y robusta degradación catalítica de azul de metileno. Su fluorescencia intrínseca a baja potencia de excitación mejora aún más su potencial como sondas fluorescentes y vehículos de administración de fármacos. Trabajos futuros se centrarán en mitigar toxicidad mediante ingeniería de superficie y explorar aplicaciones biomédicas.

Disponibilidad de datos y materiales

Todos los conjuntos de datos se presentan en el artículo principal.

Abreviaturas

ANOVA

Análisis de varianza

AuMt

Coloides formados por AuNP y moléculas Mt

AuNP

Nanopartículas de oro

CLSM

Microscopía confocal de barrido láser

DLS

Dispersión dinámica de luz

DMEM

Medio modificado de Eagle de Dulbecco

DMSO

Dimetil sulfóxido

DPPH

2,2‑Difenil‑1‑picrilhidrazilo

EDS

Espectroscopía de rayos X dispersiva en energía

FTIR

Espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier

HAuCl₄

Ácido tetracloroáurico

HRTEM

TEM de alta resolución

HUVEC

Células endoteliales de vena umbilical humana

MB

Azul de metileno

Mt

Mimosa tenuiflora

MTT

3-(4,5‑Dimetiltiazol‑2‑il)-2,5‑difeniltetrazolio bromuro

NaBH₄

Borohidruro de sodio

PBS

Salino fosfato tamponado

PDI

Índice de polidispersidad

PMT

Tubo fotomultiplicador

ROI

Región de interés

SD

Desviación estándar

SPR

Resonancia de plasmon de superficie

TEM

Microscopía electrónica de transmisión

UV‑Vis

Espectroscopía ultravioleta‑visible

XPS

Espectroscopía fotoelectrónica de rayos X

XRD

Difracción de rayos X