Synthèse verte de nanoparticules d'or avec extrait d'écorce de Mimosa tenuiflora : cytotoxicité, absorption cellulaire et dégradation catalytique du bleu de méthylène

Résumé

Les nanoparticules d'or (AuNP) produites via la chimie verte à base de plantes offrent de vastes perspectives biomédicales. Ici, nous rapportons des AuNP synthétisées à partir d'extrait d'écorce de Mimosa tenuiflora (Mt) sous concentrations de précurseur contrôlées. Le Mt a été extrait dans l'éthanol-eau, et son activité antioxydante a été quantifiée par les essais DPPH et polyphénols totaux. Les colloïdes AuMt résultants affichaient des morphologies diverses (20-200 nm) et ont été caractérisés par TEM, XRD, UV-Vis, FTIR et XPS. Les AuMt ont exhibé une activité catalytique dans la réduction du bleu de méthylène (BM) par NaBH₄, avec les plus petites particules (AuMt1) montrant une constante de vitesse de dégradation de 8,24 × 10⁻³ s⁻¹ et 50 % d'élimination du BM en 190 s. Les études de cytotoxicité sur cellules endothéliales de veine ombilicale humaine (HUVEC) ont révélé des effets modérés à 24-48 h, sans relation dose-réponse claire. La microscopie confocale a démontré la localisation cytoplasmique d'AuMt1 et l'accumulation péricaryonique d'AuMt2, indiquant une internalisation cellulaire efficace sans pénétration nucléaire. Ces résultats positionnent les AuMt comme nanovecteurs et agents catalytiques prometteurs en nanomédecine verte.

Introduction

La synthèse en une étape, médiée par les plantes, de nanomatériaux métalliques est une alternative écologique aux voies conventionnelles, exploitant les agents bio-réducteurs et de coiffage présents dans les extraits de plantes. L'écorce de Mimosa tenuiflora est riche en tanins condensés, flavonoïdes, saponines, alcaloïdes et amidon, tous capables de réduire Au³⁺ en Au⁰ et de stabiliser les nanoparticules résultantes. Des études antérieures ont exploité les extraits de Mt pour des applications antibactériennes, antiprotozoaires et de régénération cutanée, soulignant son potentiel antioxydant et sa teneur en polyphénols. La résonance de plasmon de surface (SPR) des AuNP est sensible à la taille, la forme des particules et la nature chimique des molécules stabilisantes environnantes, influençant à la fois les propriétés optiques et catalytiques. Les AuNP synthétisées vertement ont été appliquées à la remédiation environnementale, y compris la dégradation de colorants, et comme sondes pour la détection d'ions métalliques ou la théranostique. Le présent travail évalue les AuNP produites à partir d'extrait d'écorce de Mt, évaluant leurs caractéristiques physicochimiques, leur cytotoxicité dans les cellules HUVEC, leur absorption cellulaire et leur efficacité catalytique dans la dégradation du BM.

Matériaux et Méthodes

Matériaux et Préparation de l'Extrait

15 g d'écorce de Mt a été macérée dans 70 mL d'éthanol (99 %) et 30 mL d'eau ultrapure (18 MΩ) pendant 15 jours à température ambiante. Le filtrat a été collecté, centrifugé (14 000 tr/min, 1 h), et lyophilisé pour les essais antioxydants. La concentration de l'extrait de Mt a été déterminée à 32,5 mg mL⁻¹ via une courbe d'étalonnage. Les solutions de précurseur d'or de 5,3 mM (AuMt1) et 2,6 mM (AuMt2) ont été préparées dans l'eau ultrapure. Dans chaque synthèse, 1,6 mL d'extrait de Mt et la solution d'or étaient mélangés dans un tube de 50 mL, vortexés à 3000 tr/min pendant 10 s, et le changement de couleur résultant confirmait la formation d'AuNP. Les colloïdes étaient purifiés par centrifugations répétées (14 000 tr/min, 1 h) et resuspendus dans l'éthanol, suivis de sonication et d'une étape finale de chaleur sèche à 40 °C pour produire les nanocomposites AuMt.

Techniques de Caractérisation

Les spectres UV-Vis (200-400 nm pour l'extrait ; 250-875 nm pour AuMt) ont été enregistrés sur un Perkin-Elmer Lambda 40. La cinétique SPR a été surveillée à 550-560 nm. Les essais DPPH (300 µM) et polyphénols totaux (Folin-Ciocalteu) ont quantifié la capacité antioxydante, exprimée en % de piégeage et équivalents acide gallique, respectivement. Le potentiel zêta et la diffusion dynamique de la lumière (DLS) ont été mesurés sur un Malvern Zetasizer. Les spectres FTIR (4500-500 cm⁻¹) et XPS (Au 4f, C 1s, O 1s) ont fourni des informations sur la chimie de surface. Le TEM (JEOL 2010F, 200 keV) et HRTEM ont évalué la morphologie et les espacements de réseau ; l'EDS a confirmé la composition élémentaire. Le XRD (Bruker D8 QUEST, CuKα) a identifié les phases cristallines. L'absorption cellulaire a été visualisée via microscopie confocale à balayage laser (CLSM, Zeiss LSM 800) utilisant une excitation 640 nm. La cytotoxicité a été mesurée par essai MTT sur cellules HUVEC (DMEM + 10 % FBS, 37 °C, 5 % CO₂) aux concentrations 25-200 µg mL⁻¹ pendant 24 et 48 h. La coloration Live/Dead (calcéine/homomère d'éthidium) a complété les données de viabilité.

Dégradation Catalytique du Bleu de Méthylène

Le BM (3,33 × 10⁻⁵ M) a été réduit par NaBH₄ (100 mM) en présence de 90 µL AuMt (2 mg mL⁻¹). La surveillance UV-Vis à 660 nm a donné les pourcentages de dégradation (%D). La constante de vitesse K a été dérivée du tracé linéaire de Langmuir-Hinshelwood de ln(A/A₀) vs. temps.

Résultats et Discussion

Synthèse et Caractérisation Antioxydante

L'extrait de Mt affichait un pic UV-Vis proéminent à 280 nm, indicatif de polyphénols. L'inhibition DPPH atteignait 50 % à 12,5 µg mL⁻¹, comparable à la vitamine C et aux catéchines. La teneur totale en polyphénols était de 425 mg g⁻¹ équivalents acide gallique, confirmant la capacité réductrice de l'extrait.

Morphologie et Distribution de Taille des AuNP

Les images TEM révèlent des particules AuMt1 moyennant 40 nm avec formes diverses, tandis que les particules AuMt2 moyennent 150 nm et sont plus sphériques. Les mesures DLS dans l'eau ont donné des diamètres hydrodynamiques de 38 nm (AuMt1) et 150 nm (AuMt2), avec des potentiels zêta négatifs (≤ -30 mV) favorisant la stabilité colloïdale. En s-DMEM, les deux systèmes conservaient la stabilité (ζ ≈ -25 mV) mais présentaient des augmentations de taille modestes dues à la formation de couronne protéique (AuMt1 : +34 nm ; AuMt2 : +43 nm).

Chimie de Surface

Les spectres FTIR montraient les étirements O-H caractéristiques (≈ 3250 cm⁻¹) et vibrations C=O/C-O (≈ 1705 cm⁻¹) pour les deux échantillons AuMt, confirmant l'adsorption de tanins et flavonoïdes. L'analyse XPS indiquait une réduction complète de Au³⁺ à Au⁰ (Au 4f₇/₂ à 84,9 eV). Les spectres C 1s affichaient les contributions C=O, C-O et C-C, avec AuMt2 exhibant une fraction C-O plus élevée, cohérente avec une oxydation de surface plus importante des groupes phénoliques pendant la synthèse.

Cytotoxicité et Absorption Cellulaire

Les essais MTT montraient un déclin modéré de la viabilité (10-30 %) à 24-48 h pour concentrations ≥ 50 µg mL⁻¹, sans tendance dose-dépendante claire. La coloration Live/Dead confirmait une haute viabilité cellulaire à 50 µg mL⁻¹. La CLSM révélait une dispersion cytoplasmique d'AuMt1 et une localisation péricaryonique d'AuMt2 après 24 h ; les reconstructions 3D confirmaient l'absence de pénétration nucléaire, suggérant une génotoxicité minimale. L'intensité de fluorescence quantitative indiquait un rapport d'absorption ~3:1 pour AuMt1 sur AuMt2, attribuable à la taille plus petite, au potentiel zêta plus élevé et à la couronne protéique plus mince.

Performance Catalytique

AuMt1 a atteint 50 % de dégradation du BM en 190 s avec une constante de vitesse K = 8,24 × 10⁻³ s⁻¹, surpassant AuMt2 (K = 3,54 × 10⁻³ s⁻¹). L'activité dépendante de la taille s'aligne avec la surface accrue des nanoparticules plus petites.

Conclusions

Nous démontrons une synthèse verte évolutive d'AuNP à température ambiante utilisant l'extrait d'écorce de Mimosa tenuiflora. En ajustant le rapport précurseur/extrait, la taille des particules peut être contrôlée avec précision. Les nanoparticules AuMt exhibent une stabilité colloïdale favorable, une cytotoxicité modérée, une absorption cellulaire efficace sans entrée nucléaire, et une dégradation catalytique robuste du bleu de méthylène. Leur fluorescence intrinsèque à faible puissance d'excitation renforce encore leur potentiel comme sondes fluorescentes et vecteurs de délivrance de médicaments. Les travaux futurs se concentreront sur l'atténuation de la toxicité par ingénierie de surface et l'exploration d'applications biomédicales.