Nanoparticules d'argent à synthèse verte à partir d'écorce de grenade : puissante activité antimicrobienne et cytotoxicité sur cancer du côlon

Résumé

Les microbes résistants aux médicaments et l'augmentation des taux de tumeurs exigent des solutions innovantes. Cette étude démontre la synthèse éco-responsable de nanoparticules d'argent (AgNPs) utilisant un extrait aqueux d'écorce de grenade (Punica granatum) — un biodéchet courant. La transformation d'une solution claire en une teinte brun foncé, confirmée par spectroscopie UV-Vis (pic plasmonique à 378 nm) et diffraction des rayons X (structure cubique), a produit des AgNPs sphériques de 20–40 nm de diamètre (moyenne 26,95 nm). Les particules ont exhibé une forte activité antibactérienne contre des pathogènes à Gram négatif et Gram positif, incluant E. coli, P. aeruginosa, P. vulgaris, S. typhi, S. aureus, S. epidermidis et K. pneumoniae. Les essais de cytotoxicité sur la lignée cellulaire de cancer du côlon RKO ont révélé 56 % de viabilité au jour 3 et 61 % au jour 5 avec 12,5 µg mL⁻¹ d'AgNPs. Ces résultats soulignent le potentiel des AgNPs dérivées de grenade comme agents antibactériens et anticancéreux doubles.

Contexte

L'évolution rapide de la nanotechnologie a mis en lumière la synthèse verte — utilisant des extraits de plantes — pour produire des nanoparticules sous 100 nm, idéales pour l'administration de médicaments et applications biomédicales. Contrairement aux voies chimiques ou physiques coûteuses, l'approche verte est peu coûteuse, non toxique et exploite des agents réducteurs naturels tels que protéines, enzymes et glucides. Les nanoparticules d'argent (AgNPs) produites ainsi affichent une efficacité antimicrobienne supérieure, attribuable à leur rapport surface/volume élevé et leur capacité à pénétrer les cellules bactériennes plus efficacement que les ions argent.

Les infections nosocomiales, souvent dues à des bactéries Gram négatif et Gram positif, nécessitent de nouvelles stratégies antibactériennes. Des études récentes montrent que les AgNPs peuvent synergiser avec les antibiotiques conventionnels, améliorant l'activité globale. De plus, les AgNPs ont démontré des effets cytotoxiques sur diverses lignées cellulaires cancéreuses, les rendant candidats attractifs pour la thérapie anticancéreuse.

Cette recherche se concentre sur la synthèse d'AgNPs à partir d'extrait d'écorce de Punica granatum, l'évaluation de leur puissance antibactérienne contre un panel de pathogènes cliniquement pertinents, et l'évaluation de la cytotoxicité sur une lignée cellulaire de cancer du côlon.

Méthodes

Préparation de l'extrait d'écorce

Un kilogramme de fruits de grenade saoudiens (cultivés à Taif) a été lavé, pelé et séché. L'écorce a été réduite en poudre fine, et 10 g ont été trempés dans 100 mL d'eau doublement distillée pendant 24 h à température ambiante. Le mélange a été filtré sur papier Whatman No. 1 pour obtenir l'extrait aqueux, réalisé sous conditions stériles.

Synthèse des AgNPs

0,1 mM de nitrate d'argent a été mélangé avec 250 mL d'eau doublement distillée. Dix millilitres d'extrait d'écorce ont été ajoutés, et la solution a été agitée pendant 5 min. Un changement de couleur de incolore à brun foncé, observé après 24 h, indiquait la formation d'Ag⁰. La suspension a été centrifugée à 15 000 tr/min pendant 15 min, répétée quatre fois, produisant des AgNPs purifiées pour les analyses subséquentes.

Caractérisation

Les spectres UV-Vis (200–800 nm) ont été enregistrés à 24, 48 et 72 h à l'aide d'un Perkin Elmer Lambda 950. La diffraction des rayons X (PANalytical) a déterminé la structure cristalline. Le MET (JEOL JEM-1230) et le MEB (JSM 6380 LA) ont évalué la morphologie et la taille ; l'EDX (JED 2200) a quantifié la composition élémentaire.

Essais antibactériens

Suspensions bactériennes

Des isolats cliniques (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) ont été revivifiés, cultivés sur gélose nutritive et préparés à 10⁶ UFC mL⁻¹.

Diffusion en puits sur gélose

Les puits ont été remplis avec 25, 50, 75 et 100 µL de suspension d'AgNP. Les plaques ont été incubées à 37 °C pendant 24 h, et les zones d'inhibition (mm) mesurées. Chaque essai a été réalisé en triplicat.

Cytotoxicité

Prolifération cellulaire

Les cellules de cancer du côlon RKO (ATCC CRL-2577) ont été ensemencées à 5 × 10³ cellules mL⁻¹ en plaques à 96 puits et traitées avec 0,3–100 µg mL⁻¹ d'AgNPs. Des essais Alamar Blue ont été conduits aux jours 3 et 5, mesurant les unités de fluorescence relatives.

Apoptose/Nécrose

Les cellules ont été colorées avec orange d'acridine/bromure d'éthidium (AO/EtBr) après 5 jours d'exposition à 1,5–25 µg mL⁻¹ d'AgNPs et examinées au microscope à fluorescence pour identifier les cellules viables, apoptotiques et nécrotiques.

Analyse statistique

Les données ont été analysées par ANOVA à un facteur (GraphPad Prism 6.0). Les résultats avec p < 0,05 étaient considérés statistiquement significatifs.

Résultats et Discussion

La synthèse verte s'est déroulée sans heurts, avec un changement de couleur visible confirmant la formation d'AgNPs. Les spectres UV-Vis affichaient un pic plasmonique caractéristique à 378 nm, dont l'intensité augmentait avec le temps, reflétant des concentrations plus élevées de nanoparticules.

Les motifs de DRX correspondaient à la structure cubique à faces centrées de l'argent (JCPDS No. 04-0783). Les images MET révélaient des particules sphériques uniformément distribuées, variant de 20 à 40 nm, avec une moyenne de 26,95 nm. Le MEB a confirmé une morphologie similaire, tandis que l'analyse EDX a quantifié 70 % d'Ag en poids, confirmant la synthèse réussie.

Les tests antibactériens ont montré des zones d'inhibition dose-dépendantes. Les bactéries Gram négatif (E. coli, P. aeruginosa, S. typhi) et Gram positif (S. aureus, S. epidermidis, K. pneumoniae) étaient inhibées, avec les effets les plus prononcés observés à 100 µL. Notamment, S. typhi a exhibé une sensibilité plus faible, s'alignant avec des rapports antérieurs.

Les essais de cytotoxicité ont révélé une réduction de 56 % de la viabilité des cellules RKO au jour 3 et 61 % au jour 5 avec 12,5 µg mL⁻¹ d'AgNPs. La coloration AO/EtBr a confirmé l'apoptose et des changements liés à l'autophagie, indiquant que ces nanoparticules peuvent déclencher des voies de mort cellulaire programmée dans les cellules de cancer du côlon.

Conclusions

L'extrait d'écorce de grenade sert d'agent réducteur efficace et durable pour produire des AgNPs de taille optimale (20–40 nm) pour l'administration de médicaments. Les particules synthétisées exhibent une forte activité antibactérienne sur un spectre de pathogènes cliniquement pertinents à faibles concentrations et démontrent une cytotoxicité significative contre les cellules de cancer du côlon. Ces résultats positionnent les AgNPs à synthèse verte comme candidats prometteurs pour le développement thérapeutique double antibactérien et anticancéreux.

Abréviations

EDX

Spectroscopie par dispersion d'énergie des rayons X

SEM

Microscope électronique à balayage

TEM

Microscopie électronique à transmission

XRD

Diffraction des rayons X