Synthèse verte de nanoparticules d'or à partir d'extraits d'Artemisia capillaris, Portulaca oleracea et Prunella vulgaris : activité antioxydante et évaluation cytotoxique

Résumé

Trois extraits aqueux de plantes — Artemisia capillaris, Portulaca oleracea et Prunella vulgaris — ont été utilisés pour biofabriquer des nanoparticules d'or (AuNP). Leurs profils antioxydants, incluant la capacité de piégeage des radicaux libres, le contenu phénolique total et le pouvoir réducteur, ont été quantifiés et corrélés à l'efficacité de la synthèse d'AuNP. Prunella vulgaris a affiché l'activité antioxydante la plus forte et servi comme agent réducteur le plus efficace, produisant des AuNP (PV-AuNP) avec un pic de résonance plasmonique de surface (SPR) à 530 nm et des morphologies diverses. La diffraction des rayons X à haute résolution a confirmé un réseau cristallin cubique à faces centrées, et la spectroscopie d'émission optique à plasma à couplage inductif (ICP-OES) a estimé un rendement de réaction de 99,3 %. La diffusion dynamique de la lumière a révélé un diamètre hydrodynamique de 45 ± 2 nm et un potentiel zêta de -13,99 mV. Les PV-AuNP ont présenté une activité antioxydante dose-dépendante et une cytotoxicité significative envers les cellules d'adénocarcinome colorectal humain (HT-29) sans sérum fœtal bovin (FBS), tandis que les cellules d'adénocarcinome canalaire pancréatique (PANC-1) ont montré une réponse maximale en présence de FBS. Ces résultats soulignent l'extrait de P. vulgaris comme agent réducteur puissant et écologique pour produire des AuNP bioactifs au potentiel thérapeutique.

Introduction

La demande croissante de nanoparticules métalliques, particulièrement les nanoparticules d'or (AuNP), découle de leur polyvalence comme vecteurs de médicaments, catalyseurs, agents d'imagerie et biosenseurs. Les voies de synthèse conventionnelles — pulvérisation ionique, formation de micelles inverses et réduction chimique — impliquent souvent des réactifs coûteux et soulèvent des préoccupations toxicologiques. La synthèse verte, exploitant les extraits de plantes comme agents réducteurs, encapsulants et stabilisants naturels, offre une alternative rentable, évolutive et biocompatible. Les phytochimiques tels que phénoliques, terpénoïdes et flavonoïdes non seulement réduisent les ions métalliques mais confèrent aussi des propriétés antioxydantes et améliorent la stabilité des nanoparticules.

Artemisia capillaris (famille Asteraceae) est utilisée en médecine traditionnelle pour ses effets antibactériens, anti-inflammatoires et hépatoprotecteurs, attribués à des constituants comme la capilline et le scoparone. Portulaca oleracea (famille Portulacaceae) possède des activités antibactériennes, antifongiques et antioxydantes, liées aux alcaloïdes, acides gras et flavonoïdes. Prunella vulgaris (famille Lamiaceae) exhibe des effets antiviraux, anticancéreux, immunomodulateurs et antioxydants, largement dus aux acides phénoliques et triterpénoïdes comme l'acide rosmarinique et l'acide ursolique.

La couronne de protéines — couche d'adsorption de protéines sériques qui se forme à l'entrée des nanoparticules dans les fluides biologiques — influence critiquement l'internalisation cellulaire, la biodistribution et la cytotoxicité. La charge de surface, la taille et la morphologie des AuNP dictent la composition de la couronne, modulant ainsi l'efficacité thérapeutique. Dans cette étude, nous avons examiné comment la puissance antioxydante des trois extraits affecte la formation d'AuNP et comment les nanoparticules résultantes interagissent avec les cellules cancéreuses en présence ou absence de FBS.

Méthodes

Matériaux

Tous les réactifs étaient de grade analytique. Chlorure d'or(III) potassium (KAuCl₄) et antioxydants standards (BHT, vitamine C) provenaient de Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). Les fournitures de culture cellulaire venaient de Gibco (Thermo Fisher Scientific) et GE Healthcare HyClone™ (Victoria, Australie). Les spécifications détaillées sont listées dans le tableau supplémentaire.

Instruments

Les spectres UV-vis ont été enregistrés sur un spectrophotomètre Shimadzu UV-2600 (λ = 300-800 nm). L'imagerie HR-TEM a employé un JEM-2100F (JEOL, 200 kV). La diffraction des rayons X a utilisé un Rigaku Miniflex (CuKα, 1,54056 Å). L'analyse ICP-OES a été réalisée sur un Perkin Elmer Optima 8300. Les mesures de diffusion dynamique de la lumière et de potentiel zêta ont été obtenues avec un analyseur NanoBrook 90 Plus. Tous les instruments étaient étalonnés selon les directives du fabricant.

Préparation des extraits aqueux

Les parties aériennes séchées de P. vulgaris et A. capillaris provenaient d'Omniherb (Daegu, Corée du Sud) ; P. oleracea était acheté chez Handsherb (Youngchun, Corée du Sud). Chaque plante (100 g) était soniquée dans 1 L d'eau déionisée à 25 °C pendant 3 h, répété trois fois. Le filtrat était lyophilisé pour donner une poudre, stockée à -20 °C jusqu'à utilisation.

Essais antioxydants

Le piégeage des radicaux libres (DPPH et ABTS), le pouvoir réducteur et le contenu phénolique total ont été quantifiés selon des protocoles standards. Tous les essais étaient conduits en triplicat, résultats exprimés en IC₅₀ (µg mL^-1) ou mg GAE g^-1. Les méthodologies détaillées sont dans les matériaux supplémentaires.

Biofabrication des AuNP

Des solutions mères de KAuCl₄ (10 mM) et d'extraits de plantes (2 % p/v) étaient préparées. Après centrifugation (18 500 g, 30 min, 18 °C), les surnageants étaient mélangés aux concentrations finales de 0,5 mM Au et 0,05 % p/v d'extrait dans des flacons de 2 mL. La réaction se déroulait à 37 °C pendant 5 h. Les spectres UV-vis étaient enregistrés pour suivre le développement du SPR.

Culture cellulaire

Les cellules HT-29 (côlon), PANC-1 (pancréas) et MDA-MB-231 (sein) étaient maintenues en DMEM à haute glucose supplémenté de 10 % FBS, 100 U mL^-1 pénicilline et 100 µg mL^-1 streptomycine à 37 °C, 5 % CO₂.

Essai de cytotoxicité

La viabilité cellulaire était évaluée via l'essai EZ-CYTOX WST. Les cellules (5 × 10³ cellules mL^-1) étaient ensemencées en plaques 96 puits, incubées 24 h, puis traitées avec PV-AuNP (0-478,3 µg mL^-1 Au) ± 10 % FBS pendant 24 h. L'absorbance à 450 nm était enregistrée, avec soustraction du fond d'absorbance intrinsèque des PV-AuNP.

Analyse statistique

Les données sont présentées comme moyenne ± SE. La significativité était évaluée par ANOVA à un facteur suivi du test post-hoc de Tukey (p < 0,05). Les analyses étaient effectuées avec GraphPad Prism 5.02.

Résultats et discussion

Profils antioxydants des extraits

Les rendements d'extraction étaient 14,1 % (A. capillaris), 39,12 % (P. oleracea) et 28,6 % (P. vulgaris). Les essais antioxydants ont révélé que P. vulgaris exhibait les valeurs IC₅₀ les plus basses pour DPPH (50,35 ± 1,22 µg mL^-1) et ABTS (38,6 ± 0,44 µg mL^-1), surpassant le BHT (71,37 ± 0,84 µg mL^-1). Le pouvoir réducteur et le contenu phénolique total suivaient la même tendance : 162,98 µg mL^-1 (P. vulgaris) vs 235,38 µg mL^-1 (A. capillaris) vs 396,16 µg mL^-1 (P. oleracea). Les phénoliques totaux étaient 90,53 ± 6,81 mg GAE g^-1 pour P. vulgaris, 39,88 ± 4,55 mg GAE g^-1 pour A. capillaris et 18,32 ± 2,76 mg GAE g^-1 pour P. oleracea. Ces résultats confirment que P. vulgaris renferme les constituants antioxydants les plus puissants.

Synthèse verte des AuNP

Chaque extrait a facilité la formation d'AuNP, comme en témoignent des pics SPR distincts et des changements de couleur visibles : PO-AuNP (bleu foncé, bande large 500-700 nm), AC-AuNP (brun, pic à 555 nm) et PV-AuNP (rouge vin, pic à 530 nm). L'activité antioxydante supérieure de P. vulgaris s'est traduite par une intensité SPR plus élevée, une bande passante plus étroite et une stabilité colloïdale améliorée. Les PO-AuNP s'agrégéent après 30 min à 25 °C, indiquant la stabilité la plus faible parmi les trois.

Morphologie et distribution de taille (PV-AuNP)

L'HR-TEM a révélé une morphologie diverse : sphères (23,8 ± 1,3 nm), triangles équilatéraux (25,7 ± 2,2 nm), bâtons (28,4 ± 0,4 nm, rapport d'aspect = 2,4) et losanges (diagonale longue = 22,0 ± 0,6 nm, diagonale courte = 15,4 ± 0,3 nm). Toutes les particules étaient cristallines, confirmées par les franges de réseau. Les histogrammes de taille affichaient des distributions gaussiennes pour chaque forme.

Taille hydrodynamique et charge de surface

Les mesures DLS indiquaient un diamètre hydrodynamique de 45 ± 2 nm (polydispersité = 0,258) et un potentiel zêta négatif de -13,99 mV, suggérant une stabilisation stérique et électrostatique efficace par les phytochimiques liés en surface.

Cristallinité (HR-XRD)

Les motifs HR-XRD affichaient des pics caractéristiques à 2θ = 38,1°, 44,5°, 64,8° et 77,4°, correspondant aux plans (111), (200), (220) et (311) d'un réseau cubique à faces centrées. L'analyse de Scherrer sur le pic (111) a donné une taille de cristallite approximative de 16,7 nm.

Rendement de réaction

L'ICP-OES a quantifié 96,337 ppm Au dans la solution colloïdale et 0,679 ppm dans le surnageant, donnant un rendement de conversion de 99,3 %.

Activité antioxydante des PV-AuNP

Les PV-AuNP ont présenté un piégeage DPPH dose-dépendant, avec une IC₅₀ de 165,0 µg mL^-1 Au (≈49,4 µM vitamine C). Cette activité est parallèle à celle rapportée pour les AuNP médiés par plantes et attribuée aux phénoliques liés en surface.

Cytotoxicité sur lignées cellulaires cancéreuses

En conditions sans sérum, les cellules HT-29 étaient les plus sensibles aux PV-AuNP (65,6 % d'inhibition à 478,3 µg mL^-1). PANC-1 et MDA-MB-231 montraient des réponses moindres. Avec 10 % FBS, les cellules PANC-1 exhibaient une cytotoxicité accrue (37,5 % à 478,3 µg mL^-1), tandis que la cytotoxicité sur HT-29 diminuait, soulignant un effet dépendant de la couronne de protéines et spécifique au tissu. Le potentiel zêta négatif favorise probablement l'adsorption sélective de protéines (ex. fibrinogène), influençant l'internalisation cellulaire et la toxicité.

Conclusions

Les extraits aqueux de A. capillaris, P. oleracea et P. vulgaris ont affiché une activité antioxydante mesurable. P. vulgaris est émergé comme l'agent réducteur le plus puissant, produisant des AuNP hautement cristallins, rouge vin (PV-AuNP) avec un taux de conversion de 99,3 % et un diamètre hydrodynamique de 45 ± 2 nm. Les PV-AuNP ont exhibé une capacité antioxydante dose-dépendante et une cytotoxicité sélective envers les cellules cancéreuses colorectal, pancréatique et du sein, la couronne de protéines modulant l'efficacité. Ces résultats soulignent la valeur des extraits de plantes à haut pouvoir antioxydant dans la synthèse verte de nanoparticules et suggèrent les PV-AuNP comme candidats prometteurs pour la libération ciblée de médicaments, surtout combinés aux phytochimiques cardioprotecteurs de P. vulgaris. Les travaux futurs se concentreront sur le chargement de chimiothérapeutiques sur PV-AuNP pour exploiter à la fois les effets anticancéreux et protecteurs.

Abréviations

ABTS:

Acide 2,2'-azino-bis(3-éthylbenzothiazoline-6-sulfonique)

AC-AuNP:

Nanoparticules d'or synthétisées à partir d'extrait de A. capillaris

AgNP:

Nanoparticules d'argent

AuNP:

Nanoparticules d'or

BHT:

Butylhydroxytoluène

DMEM:

Milieu modifié de Dulbecco pour Eagle

DPPH:

2,2-Diphényl-1-picrylhydrazyl

FBS:

Sérum fœtal bovin

GAE:

Équivalent acide gallique

HR-TEM:

Microscopie électronique à transmission à haute résolution

HR-XRD:

Diffraction des rayons X à haute résolution

HT-29:

Lignée cellulaire d'adénocarcinome colorectal humain

IC₅₀:

Concentration inhibitrice moitié maximale

ICP-OES:

Spectroscopie d'émission optique à plasma à couplage inductif

MDA-MB-231:

Lignée cellulaire d'adénocarcinome du sein humain

PANC-1:

Lignée cellulaire d'adénocarcinome canalaire pancréatique humain

PO-AuNP:

Nanoparticules d'or synthétisées à partir d'extrait de P. oleracea

PV-AuNP:

Nanoparticules d'or synthétisées à partir d'extrait de P. vulgaris

SPR:

Résonance plasmonique de surface

Essai WST:

Essai tétrazolium hydrosoluble