Nanocobre obtido por óleos essenciais e suas aplicações biomédicas

O cobre (Cu) é um mineral com comprovado efeito antibacteriano possuindo também toxicidade contra células tumorais. Na forma nanoparticulada (um nanomaterial tem tamanho de até 100 nm, em pelo menos uma dimensão), o cobre demonstra efeitos benéficos superiores com maior eficiência e menor toxicidade, em comparação à sua forma massiva/iônica (não nanoestruturada) (1). CuO NPs (nanopartículas de óxido de cobre) são amplamente utilizadas como agentes anticancerígenos, antimicrobianos e antioxidantes. CuO NPs apresentam ações antimicrobianas frente a bactérias Grampositivas e Gram-negativas, com grande potencial no combate às infecções causadas por bactérias resistentes a antibióticos, podendo ser utilizadas como uma alternativa a antibióticos e agentes antifúngicos, evitando a resistência bacteriana aos antibióticos (2).

Nas últimas décadas, as nanopartículas à base de cobre têm se mostrado promissoras devido às suas propriedades únicas e versáteis aliadas à sua biocompatibilidade, que, em quantidades baixas, são adequadas para aplicações agrícolas e biomédicas, como, por exemplo, a terapia antitumoral. Neste contexto, o presente trabalho propôs preparar CuO NPs a partir de rotas verdes e sustentáveis e avaliar seu efeito tóxico frente a linhagem tumoral de câncer de pele (melanoma), bem como sua ação antibacteriana.

O melanoma é um tipo de câncer de pele que ocorre devido ao crescimento desordenado dos melanócitos, que são as células produtoras de melanina na nossa pele, pode ser considerado um dos tipos mais grave de câncer por ser excessivamente agressivo e resistente aos tratamentos convencionais, o que torna as nanopartículas de cobre uma opção interessante para o seu tratamento. Vários estudos têm sido realizados para investigar os benefícios e efeitos colaterais da CuO NPs no tratamento do câncer. Sabe-se que nanopartículas à base de cobre podem ajudar a inibir a formação de novos vasos sanguíneos que alimentam o tumor. Desta forma, neste artigo, serão apresentados alguns dos principais resultados que obtivemos a partir de nossos estudos.

Obtenção de nanopartículas de óxido de cobre (CuO NPs) por óleos essenciais: rotas verdes e sustentáveis

Nanopartículas à base de metais, como CuO NPs, podem ser preparadas no laboratório por processos físicos e/ ou químicos, conhecidos como “métodos clássicos”. No entanto, devido a várias preocupações, custo e toxicidade, hoje há uma necessidade óbvia de métodos de preparo que sejam economicamente viáveis e ambientalmente seguros.

Felizmente, essas nanopartículas podem ser obtidas de maneira eficiente por rotas verdes, utilizando extratos vegetais e óleos essenciais, também conhecida como síntese biológica (3). Nessas rotas verdes, as condições experimentais são simples, a reação de formação das nanopartículas ocorre à temperatura e pressão ambientes e em meio aquoso, na ausência de solventes e sem geração de subprodutos tóxicos. Além disso, o agente biológico atua no revestimento das nanopartículas formadas, protegendo-as de degradação.

Neste trabalho, utilizamos uma rota verde na preparação de CuO NPs a partir de óleos essenciais das espécies vegetais pimenta rosa (Schinus terebinthifolia) e capim limão (Cymbopogon citratus), abundantes na biodiversidade brasileira. A pimenta rosa possui ação anti-inflamatória e antioxidante na pele, auxilia na redução de manchas, sendo indicada no tratamento de doenças de pele, tais como a acne e psoríases, além de possuir ação bactericida, antifúngica e antisséptica, pode atuar na regeneração de ferimentos e queimaduras. O óleo essencial de capim limão possui propriedades similares ao da pimenta rosa e tem como diferencial a ação analgésica.

A Figura 1 representa esquematicamente o trabalho desenvolvido.

O óleo essencial é composto por vários tipos de metabólitos vegetais secundários, como os terpenóides e fenólicos, sendo substâncias necessárias para proteger a planta e estimular o seu crescimento. Para os humanos, a principal marca é o gosto e o odor dos frutos e das plantas e seu uso em óleos essenciais se destaca por propriedades curativas.

Figura1. Representação esquemática da preparação de CuONPs obtidas por óleos essenciais. Fonte: Acervo da autora

Figura 2. Imagens representativas de microscopia de CuONPs obtidas a partir de (A) pimenta rosa e (B) capim limão. Fonte: Acervo da autora

As CuO NPs obtidas pelo óleo essencial de pimenta rosa demonstraram um tamanho de 242 nanômetros, já as CuO NPs obtidas pelo óleo essencial de capim limão tiveram um tamanho de 209 nanômetros. A Figura 2 mostra imagens representativas de microscopia eletrônica de transmissão de CuO NPs obtidas a partir do óleo de pimenta rosa (A) e de CuO NPs obtidas a partir do óleo de capim limão (B). As imagens de microscopia revelam que as partículas são esféricas, bem distribuídas e seu tamanho se encontra em escala nanométrica (1 nanômetro equivale à 1 x 1-9 m).

Efeitos biológicos: toxicidade das nanopartículas em células tumorais e ação antibacteriana

A toxicidade dessas nanopartículas foi avaliada frente linhagens malignas, como por exemplo o melanoma (VMM39) e contra fibroblastos (FN1), células não tumorais, para comparação (Figura 3).

Os resultados demonstram que ambas as nanopartículas, tanto as preparadas a partir da pimenta rosa (CuONPs-PR) quanto as nanopartículas preparadas a partir do capim limão (CuO NPs-CP), apresentam toxicidade dependente da concentração contra ambas as linhagens celulares (células tumorais e células não tumorais) nas concentrações testadas. O EC50 é a concentração (ou dose) eficaz na produção de 50% da resposta máxima e é uma maneira conveniente de comparar as potências dos fármacos. É importante ressaltar que ambas as nanopartículas demonstraram maior toxicidade frente às células tumorais (melanoma) do que para as células não tumorais (fibroblastos). Por exemplo, as CuONPs-CP precisam de uma quantidade menor das nanopartículas para matar as células tumorais, em comparação com a quantidade necessária para matar as células não tumorais. Estes resultados indicam maior toxicidade dos CuONPs sintetizados com óleo essencial para células de melanoma, em comparação com as células de fibroblastos, sugerindo uma janela segura para potencial uso dessas nanopartículas. Além disso, nanopartículas de CuONPs-PR mostraram-se mais tóxicas para ambas as linhagens celulares, em comparação com CuONPs-CP, indicando que a natureza química do óleo essencial usado na biossíntese de nanopartículas confere efeito biológico adicional devido ao efeito de capa sobre a superfície das nanopartículas.

Figura 3. Viabilidade celular das nanopartículas preparadas a partir de óleos de pimenta rosa (CuONPs-PR) e de capim limão (CuONPs-CP) contra melanoma (câncer de pele) e fibroblastos (células saudáveis da pele). Fonte: Acervo da autora

Recentemente, a OMS publicou uma lista de bactérias para as quais novos antibióticos são urgentemente necessários para enfrentar a crescente resistência antimicrobiana global, portanto, escolhemos duas bactérias consideradas de alta prioridade, que são Escherichia coli e Staphylococcus aureus, nas quais obtivemos os resultados na Figura 4, porcentagem de morte bacteriana em função da concentração de nanopartículas. Os resultados mostraram que ambas as nanopartículas (CuONPs-PR e CuONPs-CP) foram efetivas na morte bacteriana, em baixas concentrações testadas.

Conclusão

CuO NPs podem ser preparadas a partir de óleos essenciais de plantas e desempenham potente toxicidade contra células tumorais de câncer de pele (melanoma), em concentrações não tóxicas para células não tumorais da pele. Além disso, essas nanopartículas desempenham ação antibacteriana contra bactérias de relevância biomédica. Essas nanopartículas foram obtidas por rotas verdes, sustentáveis e economicamente viáveis. Mais estudos são necessários para avaliar o mecanismo de ação dessas nanopartículas nas células, bem como comparar sua eficácia com medicamentos já usados clinicamente.

Figura 4. Taxa de viabilidade celular de Staphylococcus aureus e Escherichia coli tratadas com nanopartículas preparadas a partir de óleos de pimenta rosa (CuONPs-PR) e de capim limão (CuONPs-CP). Fonte: Acervo da autora

Referências

1. Prabhu YT, et al. (2017) A facile biosynthesis of copper nanoparticles: a micro-structural and antibacterial activity investigation. J Saudi Chem Soc 21: 180-185.

2. Naika HR,. et al. (2015) Green synthesis of CuO nanoparticles using Gloriosa superba L. extract and their antibacterial activity. J of Taibah Univ for Sci 9: 7-12.

3. Urzedo AL, Gonçalves MC, Nascimento MHM, et al. (2020) Cytotoxicity and antibacterial activity of alginate hydrogel containing nitric oxide donor and silver nanoparticles for topical applications. ACS Biomaterials Sci Eng 6: 2117-2134.

Autoras

Amedea Barozzi Seabra (Orientadora)
Centro de Ciências Naturais e HumanasCCNH/UFABC
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Nathalia Sanchez Barbosa
Mestranda em Biotecnociência BTC/UFABC
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Giselle Cerchiaro
Centro de Ciências Naturais e HumanasCCNH/UFABC
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Cynthia Silva de Oliveira
Centro de Ciências Naturais e HumanasCCNH/UFABC
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Suzan Pantaroto de Vasconcellos
Unifesp – Diadema
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Autor

Vitor Gonçalves Vital
Unifesp - Diadema
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