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Jul 05, 2023

pH

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 7818 (2023) Cite este artículo 947 Accesos 1 Citas 1 Detalles de Altmetric Metrics En este estudio, preparamos un hidrogel nanocompuesto sensible al pH basado

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 7818 (2023) Citar este artículo

947 Accesos

1 Citas

1 altmétrica

Detalles de métricas

En este estudio, preparamos un hidrogel nanocompuesto sensible al pH basado en quitosano injertado con monómero de acrilamida y nanopartículas de oro utilizando el método de irradiación gamma (Cs-g-PAAm/AuNPs). El nanocompuesto se mejoró con una capa de nanopartículas de plata para mejorar la liberación controlada del fármaco anticancerígeno fluorouracilo, al tiempo que aumenta la actividad antimicrobiana y disminuye la citotoxicidad de las nanopartículas de plata en el hidrogel del nanocompuesto al combinarlo con nanopartículas de oro para mejorar la capacidad de matar una gran cantidad de células cancerosas del hígado. La estructura de los materiales nanocompuestos se estudió mediante espectroscopía FTIR y patrones XRD, que demostraron el atrapamiento de nanopartículas de oro y plata dentro de la matriz polimérica preparada. Los datos de dispersión dinámica de la luz revelaron la presencia de oro y plata en la nanoescala con índices de polidispersidad en los valores del rango medio, lo que indica que los sistemas de distribución funcionan mejor. Los experimentos de hinchazón a varios niveles de pH revelaron que los hidrogeles nanocompuestos de Cs-g-PAAm / Au-Ag-NPs preparados respondieron altamente a los cambios de pH. Los nanocompuestos bimetálicos de Cs-g-PAAm / Au-Ag-NP sensibles al pH exhiben una fuerte actividad antimicrobiana. La presencia de AuNP redujo la citotoxicidad de las AgNP al tiempo que aumentó su capacidad para matar una gran cantidad de células cancerosas de hígado. Cs-g-PAAm/Au–Ag-NP tiene una gran cantidad de fármaco de fluorouracilo cargado a pH 7,4, alcanzando 95 mg/g. con una liberación máxima de fármaco del 97% en 300 min. Se ha recomendado el uso de Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP como administración oral de fármacos anticancerígenos porque fijan el fármaco encapsulado en el medio ácido del estómago y lo liberan en el pH intestinal.

El cáncer es una enfermedad difícil y persistente de tratar que se cobra muchas vidas. Anualmente se descubren más de diez millones de casos en todo el mundo1. Existen numerosos tratamientos contra el cáncer disponibles, pero sus efectos secundarios sobre los órganos sanos son numerosos y en ocasiones mortales2. Por lo tanto, el tratamiento dirigido a células cancerosas e infectadas reduce los efectos secundarios y la dosis utilizada. Los nanocompuestos han despertado un gran interés como antimicrobianos y antitumorales no convencionales y seguros, así como como medio para rastrear la propagación del tratamiento y medir su progreso3,4. Las nanopartículas son altamente reactivas químicamente y transportan una gran cantidad del fármaco en su superficie debido a su pequeño tamaño. Por su pequeño tamaño, también pueden depositarse u oxidarse mucho, perdiendo sus propiedades, por lo que deben protegerse con agentes estabilizantes como polímeros, tensioactivos, polisacáridos, etc. La eficacia de las nanopartículas como catalizador, así como su citotoxicidad , depende de varios factores, incluido el tipo de polímero utilizado, así como el tamaño y la forma de las nanopartículas5,6. Ajitha et al. descubrieron que las PVA-AgNP tienen mayor actividad antibacteriana que las PEG-AgNP7,8,9. Se hace hincapié en la producción de nanoportadores que respondan a estímulos y sean más capaces de administrarse de forma dirigida y sean más eficaces para eliminar células cancerosas y microbios. Los compuestos poliméricos proporcionan excelentes soportes para combinar múltiples tratamientos mediante la entrega inteligente de diferentes nanomateriales funcionales. Los esfuerzos de los investigadores se han centrado en producir una nueva estrategia o fármaco anticancerígeno seguro. Por lo tanto, los esfuerzos se centraron en la producción de compuestos de biopolímeros que puedan ser inducidos y acoplados (estímulo-respuesta) extrínseca o internamente con materiales de tamaño nanométrico y con un fármaco anticancerígeno1,10,11. Los polímeros que contienen grupos funcionales ionizables se pueden utilizar en la producción de polímeros de respuesta a estímulos de pH (SRP)12. La incorporación de SRP con nanopartículas seleccionadas de metal u óxido metálico da como resultado la fabricación de nanocompuestos de respuesta a estímulos (SRN), que pueden mejorar la respuesta terapéutica en regiones patológicas particulares a células tumorales específicas. La administración de fármacos con nanocompuestos metálicos se basa en el concepto de activar o desactivar compuestos bioactivos como fármacos, genes y sucesión a tejidos u órganos específicos a través de un estímulo como el calor, la radiación o el cambio de pH9. Los nanocompuestos sensibles al pH o nanocompuestos sensibles a estímulos (SRN) son uno de los diseños más exitosos y efectivos en el proceso de transporte y administración de fármacos, ya que las células infectadas son ácidas a un pH de 5 a 6,5 ​​mientras que las células sanas son neutras a 7,4. entornos1,3. La carga de nanomateriales inorgánicos en los polímeros mejora su estabilidad y la eficiencia facilita la liberación del fármaco en el sitio objetivo13,14 y prolonga el tiempo de circulación sanguínea in vivo. Las nanopartículas de oro están surgiendo como agentes prometedores para el tratamiento de enfermedades, y se han evaluado partículas de tamaño nanométrico frente a una variedad de células de crecimiento malignas humanas. Los metales de transición tienen actividad antitumoral, como el platino, debido a su capacidad para formar complejos y activar la química de unión y/o disociación y oxidación-reducción. Se han utilizado y probado compuestos de platino por su capacidad para matar células cancerosas e inhibir el crecimiento de tumores, pero tienen efectos secundarios graves13,14,15. Las partículas de plata y oro también son metales de transición que tienen la ventaja de matar microbios, ya que impiden la transferencia de oxígeno a las bacterias2,16. Las NP Ag/Au también pueden impedir el transporte de enzimas a través de la superficie del microbio o de la superficie de la célula cancerosa17. Pueden entrar en la célula microbiana y cambiar la arquitectura celular del microbio provocando así la muerte del microbio o eliminando las células cancerosas infectadas18. Las AgNP y AuNP son un tipo de agentes antibacterianos de amplio espectro y pueden servir como agentes prometedores para el tratamiento del cáncer4. Los resultados mostraron avances significativos en el tratamiento de bacterias Gram negativas y Gram positivas, como Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis y Pediococcus acidilactici2. En la medicina de precisión, las partículas de oro y plata también se pueden utilizar como agentes de administración de fármacos. La combinación de partículas de plata y oro puede reducir la citotoxicidad y al mismo tiempo aumentar la eficiencia para matar microbios y células cancerosas2,16,19. Las partículas de plata tienen una mayor capacidad como cofactor, pero su citotoxicidad para las células de mamíferos es alta, mientras que las partículas de oro tienen muy poca citotoxicidad. Por tanto, la combinación de las dos moléculas reduce la citotoxicidad al tiempo que aumenta la actividad. La combinación de las dos moléculas acelera el proceso de reacción16,17. Para beneficiarse de la forma y el tamaño de los nanometales, deben estar protegidos por un agente de protección como el quitosano para respaldar la estabilidad y actividad de las partículas.

El quitosano es un polímero de polisacárido iónico que puede producirse mediante desacetilación parcial de la quitina. El quitosano tiene propiedades antimicrobianas y cicatrizantes, activa las plaquetas, acelera la coagulación sanguínea normal y reduce la formación de cicatrices18,20. El quitosano se caracteriza por transportar grupos funcionales ionizables que pueden usarse para producir compuestos sensibles al pH para construir superportadores cargados de nanomateriales debido a su alto grado de eficacia de confinamiento, propiedades mecánicas y biocompatibilidad. Mediante inducción de radiación, el quitosano y la acrilamida se combinan para producir un hidrogel fuerte y cohesivo que puede soportar diversos medios ácidos19. La síntesis funcional de la combinación de nanopartículas de oro y plata con el polímero híbrido quitosano/acrilamida asociada al estudio de sus propiedades físicas y químicas puede desempeñar un papel vital en muchas aplicaciones diferentes, especialmente médicas, ya sea inhibiendo células microbianas y combatiendo células cancerosas o llevando un Medicamento dirigido a tejidos u órganos específicos.

La principal hipótesis de este trabajo son los nuevos nanocompuestos híbridos sensibles al pH sintetizados por radiación basados ​​en quitosano y nanopartículas bimetálicas de oro y plata para reducir la citotoxicidad de las nanopartículas de plata combinándolas con nanopartículas de oro. En general, se sabe que las nanopartículas de plata exhiben una mayor toxicidad en comparación con las nanopartículas de oro. Esto se debe a que la plata es más reactiva que el oro y puede liberar fácilmente iones de plata, que se sabe que tienen propiedades antimicrobianas pero que también pueden ser tóxicos para las células humanas. Además, las nanopartículas de plata pueden penetrar fácilmente las membranas celulares y acumularse en diferentes órganos, provocando diversos efectos tóxicos como estrés oxidativo, inflamación y genotoxicidad. AuNP de polímero híbrido quitosano/acrilamida sintetizadas mediante el método verde in situ bajo la influencia de radiación gamma seguido de dopaje de AgNP sintetizadas químicamente. La síntesis de nanocompuestos Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP mediante métodos de radiación gamma es muy apreciable debido a su alta eficacia y seguridad. Se investigó la estructura y la morfología del hidrogel nanocompuesto de Cs-g-PAAm/Au-AgNPs preparado. Se estudió el hinchamiento con soluciones tampón de diferentes pH y el porcentaje de gelificación. Se evaluaron la carga y liberación del fármaco y también se investigó la citotoxicidad contra el cáncer de hígado (HepG2). Se investigaron la propiedad antimicrobiana y la citotoxicidad del hidrogel nanocompuesto de Cs-g-PAAm/Au-AgNPs. Los nanocompuestos sintetizados se caracterizaron mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) y estudios de difracción de rayos X (DRX), que se utilizaron para determinar las propiedades estructurales y funcionales de los hidrogeles de nanocompuestos preparados.

Chitosán (Cs) con un peso molecular de 100.000 a 300.000 y un grado de desacetilación superior al 85% (Acros, Bélgica), acrilamida (AAm) con una pureza del 99,9% (Merck, Alemania), nitrato de plata (AgNO3) y borohidruro de sodio. (NaBH4) (Qualikems Fine Chem., India), Cloruro de oro (III) (AuCl3) (Sigma-Aldrich, EE. UU.). Medicamento con fluorouracilo (Hikma Specialized Pharmaceuticals, El Cairo, Egipto). Ácido cítrico anhidro (HOC(CH2CO2H)2), citrato de sodio dihidrato (HOC(COONa)(CH2COONa)2·2H2O), dihidrógeno-ortofosfato-1-hidrato de sodio (NaH2PO4·H2O), dihidrógeno-fosfato de sodio dihidrato (NaH2PO4·2H2O), y el fosfato de sodio dibásico (NaH2PO4) y el citrato trisódico (Na3C6H5O7) fueron suministrados por Merck Co., Ltd., Alemania. Otros productos químicos, como ácido clorhídrico, 36,5 %, densidad: 1,18 g/cm3, e hidróxido de sodio, se compraron a El-Nasr Co. para Chemical Industries, Egipto, y se utilizaron sin refinar más.

Se prepararon diferentes hidrogeles e hidrogeles nanocompuestos utilizando la técnica de radiación directa. Primero, se preparó hidrogel de Cs-g-PAAm disolviendo 3,3% en peso de Cs en una solución de ácido acético al 1% a 75 °C con agitación durante 2 h hasta que se logró la disolución completa. Después de eso, se enfrió la solución de Cs y se añadió 16,7% en peso de AAm y se mezcló bien para evitar que se formaran burbujas de aire. En segundo lugar, se preparó hidrogel nanocompuesto de Cs-g-PAAm/AuNPs añadiendo 5 mmol de AuCl3 a la solución de Cs/AAm previamente preparada donde la concentración total de polímero/monómero era (20% en peso), seguido de 0,018 ml/ml de alcohol isopropílico. como eliminador de radicales hidroxilo. Luego, todas las mezclas de soluciones de Cs/PAAm y Cs/AAm-AuNPs se colocaron en tubos de ensayo de vidrio, se cerraron y luego se expusieron a 20 kGy de rayos gamma 60Co a ​​una dosis de 0,309 Gy/s. Los viales se rompieron después de la copolimerización del injerto y los hidrogeles y los hidrogeles nanocompuestos producidos se cortaron en discos casi iguales. El polímero no reticulado se eliminó de los hidrogeles y los hidrogeles nanocompuestos extrayéndolos durante la noche en agua destilada a 65 °C y luego secándolos al aire. La instalación de irradiación está ubicada en el Centro Nacional de Investigación y Tecnología de la Radiación en El Cairo, Egipto.

El hidrogel de Cs-g-PAAm y los hidrogeles nanocompuestos de Cs-g-PAAm/AuNPs se equilibraron durante un día en agua destilada. Después de eso, los hidrogeles hinchados y los hidrogeles nanocompuestos se equilibraron posteriormente en una solución de nitrato de plata (1, 10, 20 mM) durante 24 h adicionales. Los hidrogeles nanocompuestos cargados con sal de plata se transfirieron a un vaso de precipitados que contenía una solución acuosa fría de NaBH4 (2, 20, 40 mM). Para reducir los iones de plata a nanopartículas de plata, el vaso se mantuvo a 4 °C durante 2 h. Para eliminar los iones de plata que no reaccionaron y el NaBH4, los nanocompuestos de Cs-g-PAAm/AgNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs se lavaron tres veces con agua destilada y luego se secaron al aire.

Solución A: ácido cítrico anhidro 0,1 M, 192,1 g mol-1 (19,21 g disueltos en 1000 ml de agua destilada).

Solución B: citrato de sodio dihidrato 0,1 M, 294,10 g mol-1 (29,4 g disueltos en 1000 ml de agua destilada.

Solución C: dihidrogenofosfato de sodio monobásico dihidrato 0,1 M, 156,05 g mol-1 (31,2 g disueltos en 1000 ml de agua destilada).

Solución D: fosfato de sodio dibásico 0,2 M, 141,96 g mol-1 (28,4 g disueltos en 1000 ml de agua destilada).

Se prepararon soluciones de diferentes valores de pH (3–8) combinando las proporciones enumeradas en la Tabla 1, teniendo en cuenta que los volúmenes finales de las soluciones de pH deben diluirse con agua destilada hasta un volumen de 100 ml. Además, las soluciones de diferente pH (1–2) se ajustaron con ácido clorhídrico 1 M, 36,46 g mol-1 (84,8 ml miscibles en 1000 ml de agua destilada).

La estimación de la fracción insoluble después de la extracción se utilizó para evaluar los porcentajes de gelificación del hidrogel de Cs-g-PAAm, Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y nanocompuesto de Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs. hidrogeles. Las muestras secas se pesaron y luego se sumergieron en agua bidestilada durante 24 h a 65 °C para eliminar los componentes solubles. Luego se secó el gel residual a 25ºC hasta alcanzar un peso determinado. El porcentaje de gelificación se calculó usando la siguiente ecuación:

donde Wo es el peso inicial de las muestras secas y Wd es el peso de las muestras secas después de la extracción.

Se sumergieron hidrogel de Cs-g-PAAm, nanocompuestos de Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs de pesos conocidos en soluciones tampón con valores de pH variables desde 1,5. a 7,4 en intervalos de tiempo definidos hasta alcanzar el equilibrio. Las muestras hinchadas se volvieron a pesar después de eliminar inmediatamente el exceso de agua superficial con papel de filtro. Se utilizó la siguiente ecuación para calcular el grado de hinchazón21:

donde Wd y Ws son los pesos de las muestras secas e hinchadas, respectivamente.

El disco seco pesado de nanocompuesto Cs-g-PAAm / Au-Ag-NPs se empapó en una solución tampón de pH 7,4 durante 1 h y se pesó cada 15 min. Luego, se retiraron, se sumergieron en una solución tampón de pH 1,5 durante 1 h más y se pesaron también cada 15 min. Este proceso se repitió en intervalos de tiempo definidos. Luego, se calculó el grado de hinchamiento utilizando la ecuación. (2)22.

Se utilizó DLS (Nicomp 380 ZLS, analizador de tamaño de partículas submicrométrico de EE. UU.) para examinar el tamaño de las Au-NP y Ag-NP.

Se utilizó ATR-FT-IR (Bruker, espectrofotómetro de infrarrojos Unicom, Alemania) para investigar la reticulación entre Cs y AAm. Se informó que las huellas dactilares de la radiación infrarroja estaban entre 4000 y 400 cm-1.

Se utilizó SEM (ZEISS EVO-15, Reino Unido) con una bomba de bajo vacío para examinar la morfología de la superficie de hidrogeles y nanocompuestos unidos a la unidad EDX con un voltaje de aceleración de 30 KV.

La XRD se realizó en un difractómetro de rayos X Shimadzu 6000 (Japón) con objetivos filtrados de Ni y Cu-K, una velocidad de escaneo de 8°/min y un voltaje de 40 kV. La cristalinidad del hidrogel de Cs-g-PAAm, las muestras de nanocompuestos de Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs bajo investigación se estimaron utilizando la ecuación. (3); donde el área total debajo de todos los picos amorfos se indica con el símbolo ƩAa, y el área total debajo de todos los picos cristalinos se indica con el símbolo ƩAC23,24. Además, los tamaños promedio de las nanopartículas de oro y plata se estimaron utilizando la ecuación de Scherrer. (4); Donde K denota la constante de Scherrer (≈ 0,94), θ denota el ángulo de difracción que corresponde al pico en el patrón XRD con la intensidad más alta, FWHM es el ancho total del pico a la mitad de su intensidad más alta (rad), λ denota la Longitud de onda de rayos X (1,5406 Å)23,25.

El método de equilibrio de hinchamiento se utilizó para cargar el fármaco fluorouracilo en hidrogel de Cs-g-PAAm, Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y hidrogel nanocompuesto de Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs. Todas las muestras se remojaron durante 24 h en una concentración conocida de fármaco fluorouracilo a varios pH 1,5, 5,2 y 7,4 y luego se secaron a temperatura ambiente (25 ± 3 °C). La concentración de la solución rechazada se calculó para determinar el porcentaje de atrapamiento del fármaco fluorouracilo en la matriz polimérica usando un espectrómetro UV/VIS (UV-Analytic Jena AG, alemán, el rango de escaneo de 190 a 1100 nm a 25 °C, a la longitud de onda de 300 nm. La cantidad de fármaco de fluorouracilo cargado por g se estimó a partir de la ecuación (5); donde V denota el volumen de la solución del fármaco de fluorouracilo en ml y W es el peso del hidrogel seco en g. Ci y Ce son los valores iniciales y concentraciones de equilibrio de la solución del fármaco fluorouracilo en mg/ml, respectivamente.

El experimento de liberación in vitro del fármaco fluorouracilo se estudió sumergiendo muestras previamente pesadas cargadas con el fármaco en un volumen definido del medio liberador de tampón que es líquido intestinal simulado (SIF) a 37 °C. La cantidad de fármaco liberada se midió espectrofotométricamente a 300 nm. Se preparó un medio de fluido intestinal simulado añadiendo 250 ml de dihidrógenofosfato de sodio 0,2 M y 118 ml de NaOH26 0,2 M.

Se estudiaron nanocompuestos de hidrogel de Cs-g-PAAm, Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs para determinar sus parámetros cinéticos de liberación. Para determinar el coeficiente de tasa del fármaco fluorouracilo (ks) en el tiempo (t), la ecuación. (6) fue utilizado. Además, fue posible determinar cómo se mueve el fármaco fluorouracilo a través del hidrogel nanocompuesto preparado aplicando la ecuación. (7); donde F denota la fracción de liberación del fármaco en el momento; Mt y M∞ son las ingestas de fármaco por parte del sistema liberador en el momento t y después de haber alcanzado el equilibrio, respectivamente; k denota una constante que incorpora una característica del sistema de red polimérica, y n denota el exponente de difusión que indica el mecanismo de transporte, teniendo en cuenta que, n = 0,5 para la difusión fickiana, n = 1 para la difusión del caso II y 0,5 < n < 1 para la sigmoidal. o anómala de difusión no Fickiana, donde ocurrieron tanto la difusión como la relajación controlada del polímero. Finalmente, 0,5 > n > 1 para la difusión del supercaso II27,28,29. Luego, se estimaron tanto el coeficiente de difusión (D) como la constante de velocidad de sorción (K) utilizando las Ecs. (8, 9); donde h denota el espesor de las muestras.

Las pruebas de las actividades antimicrobianas de Cs-g-PAAm/Ag, Cs-g-PAAm/AuNP y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP se midieron en el Laboratorio de Investigación de Ultra Biotecnología mediante el método de difusión en agar. El volumen del inóculo microbiano se distribuye por toda la superficie del agar. Luego, se introduce un volumen (20 a 100 ml) del agente antimicrobiano haciendo un orificio con un diámetro de 6 a 8 mm de manera estéril utilizando una perforadora o una solución de extracción de la concentración deseada en el orificio. Luego, dependiendo de los microorganismos de prueba, las placas de agar se incuban en las condiciones adecuadas. Las placas deben incubarse dentro de los 15 minutos. El agente antimicrobiano se difunde en el medio de agar, lo que inhibe el crecimiento de la cepa microbiana analizada30. Los resultados de la prueba aparecen después de 16 a 18 h de incubación. Se observan y miden en milímetros (zona de inhibición) las áreas para evitar la propagación de microbios que rodean los pozos, y se estudia si son resistentes o sensibles a los microbios31,32.

El ensayo de citotoxicidad se realizó en el Laboratorio de Investigaciones Científicas Science Way utilizando el protocolo MTT. El efecto de Cs-g-PAAm, Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs sobre la viabilidad celular del cáncer HepG-2 (hepatoma humano) Se evaluaron las células. El método se describe en los siguientes pasos:

La placa de cultivo de tejidos de 96 pocillos se inoculó con 1 x 105 células/ml (100 µl/pocillo) y se incubó a 37 °C durante 24 h para desarrollar una lámina monocapa completa.

El medio de crecimiento se decantó de placas de microtitulación de 96 pocillos después de que se formara una lámina confluente de células y la monocapa celular se lavó dos veces con medio de lavado.

Se realizaron diluciones al doble de la muestra analizada en medio RPMI con suero al 2% (medio de mantenimiento).

Se probaron 0,1 ml de cada dilución en diferentes pocillos dejando 3 pocillos como control, recibiendo sólo medio de mantenimiento.

La placa se incubó a 37 °C y se examinó. Se comprobaron las células para detectar cualquier signo físico de toxicidad, por ejemplo, pérdida parcial o completa de la monocapa, redondeo, contracción o granulación celular.

Se preparó una solución de MTT (5 mg/ml en PBS) (BIO BASIC CANADA INC).

Se añadieron 20 ul de solución de MTT a cada pocillo. Colóquelo en una mesa agitadora, 150 rpm durante 5 minutos, para mezclar bien el MTT con el medio.

Incubar (37 °C, 5% CO2) durante 4 h para permitir que se metabolice el MTT.

9 Deseche el soporte. (Seque el plato con toallas de papel para eliminar los residuos si es necesario.

Resuspender formazán (producto metabólico MTT) en 200 ul de DMSO. Colóquelo en una mesa agitadora, 150 rpm durante 5 minutos, para mezclar bien el formazán con el disolvente.

Lea la densidad óptica a 560 nm y reste el fondo a 620 nm. La densidad óptica debe estar directamente correlacionada con la cantidad de células.

Se calcularon los valores de la concentración inhibidora media máxima (CI50).

Se utilizó ANOVA unidireccional para analizar estadísticamente todos los resultados en P <0,05. Se utilizaron pruebas de rangos múltiples de Duncan para examinar las diferencias de medias utilizando el software IBM SPSS versión 24 como herramienta estadística. Se calculó el promedio de las tres ejecuciones de cada experimento. La desviación estándar media (± DE) se muestra en barras. https://www.ibm.com/support/pages/downloading-ibm-spss-statistics-24.

Modificar polímeros con radiación ionizante es increíblemente eficaz. El polímero, los parámetros de irradiación y el estado del material durante la irradiación afectan las modificaciones que la radiación provoca en los materiales polisacáridos. Dos reacciones: escisión de la cadena principal, degradación y reticulación son las que en última instancia determinan las propiedades de los polímeros irradiados. Se utilizó radiación gamma ionizante para iniciar una reacción de copolimerización por injerto de radiación entre acrilamida y quitosano en un medio acuoso33.

La radiólisis del agua por rayos gamma en solución acuosa produce una gran cantidad de electrones hidratados (e aq-), gas hidrógeno (H2), radicales hidroxilo (OH·), peróxido de hidrógeno (H2O2) y radicales de hidrógeno (H·). , (Ecuación 10). Los agentes reductores fuertes como (H·) y (e aq-) pueden reducir fácilmente los iones metálicos (Au3+) a partículas metálicas de valencia cero (Au0). Por el contrario, una poderosa especie oxidante (OH·) que puede elevar iones o átomos a un estado de oxidación superior. Por lo tanto, antes de la irradiación, se debe agregar a las soluciones precursoras un eliminador del radical (OH·), como isopropanol. Los iones multivalentes (Au3+) se convierten en Au0 mediante una serie de pasos, algunos de los cuales pueden implicar una desproporción del estado de valencia, como se describe en la figura 1 (ecuaciones 11 a 15)34. El radical isopropanol se reduce más lentamente que un electrón en agua, lo que permite una distribución de tamaño más estrecha35. El beneficio de esta técnica es que el principal agente reductor en ausencia de oxígeno es el electrón hidratado, que tiene un alto potencial redox negativo. Esto permite que cualquier ion metálico se reduzca a átomos metálicos de valencia cero sin el uso de agentes reductores químicos. Por tanto, los átomos primarios se generan de forma independiente en el origen, y están separados y distribuidos uniformemente, al igual que los precursores iónicos. Además, cuando las soluciones de Cs/AAm y Cs/AAm/AuCl3 (ambas de color amarillento) se sometieron a irradiación gamma, se formó un hidrogel de Cs-g-PAAm sin cambio de color, y también un nanocompuesto de Cs-g-PAAm/AuNPs. Se formó hidrogel pero con cambio de color (color rojizo). Además, cuando AgNO3 se cargó en Cs-g-PAAm y Cs-g-PAAm/AuNP preparados, el color cambió nuevamente de amarillo y rojizo a negro como se muestra en la Fig. 2. Este cambio de color reveló que se habían eliminado iones multivalentes Au3+. reducido a Au0 mediante irradiación gamma, así como los iones Ag+ monovalentes se redujeron a Ag0 utilizando borohidruro de sodio como agente reductor, lo que demuestra la producción exitosa de AuNP y AgNP. Los porcentajes de gelificación para el hidrogel de Cs-g-PAAm, Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y Cs-g-PAAm/Au-AgNPs se estimaron utilizando la ecuación. (1) y los datos se resumen en la Tabla 2. La radiación gamma rompe los enlaces O – H y N – H del quitosano y la acrilamida, creando sitios de radicales libres que se entrecruzan entre sí para formar un hidrogel cohesivo y reticulado con propiedades únicas y una gelificación. relación del 94 % para el hidrogel de Cs-g-PAAm. La velocidad de gelificación disminuye cuando se agrega cloruro de oro (Cs-g-PAAm/AuNPs), que con la exposición a la radiación se convierte en nanooro. La conversión de iones de oro en nanopartículas de oro consume una parte significativa de la radiación ionizante necesaria para el proceso de reticulación entre las moléculas de quitosano y acrilamida, donde los iones de oro actúan como eliminadores de los radicales libres formados. Las nanopartículas también alteran la disposición regular de la red polimérica formada, lo que resulta en una ligera disminución de la fracción de gel4. El porcentaje de gelificación aumenta nuevamente en el nanocompuesto preparado agregando iones de plata (Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs). Estos resultados sugieren que la presencia de Ag0 en la matriz del hidrogel condujo a una respuesta más sólida36.

Mecanismo de preparación de Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP mediante técnicas de irradiación gamma.

Imágenes para la preparación de hidrogeles nanocompuestos de Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs.

La Figura 3 muestra el efecto del tiempo sobre el grado de hinchamiento de los nanocompuestos de hidrogel de Cs-g-PAAm, Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs en tres diferentes valores de pH (1,5, 5,4 y 7,4). El grado de hinchazón aumentó con el tiempo de aumento y alcanzó un estado de equilibrio a las 6 h para todas las muestras, como se muestra en las figuras 3A-C. Además, el grado de hinchazón aumenta al aumentar los niveles de pH. El quitosano se comporta como una polibase débil sensible al pH debido a la abundancia de grupos amino a lo largo de su cadena. A niveles de pH bajos (pH 1,5), el quitosano se disuelve fácilmente debido a la protonación de los grupos amino (NH2 a NH3+), lo que conduce a la repulsión electrostática de la cadena por la carga positiva NH3+–NH3+, la difusión de protones y contraiones junto con el agua dentro del gel. y disociación de interacciones secundarias37. Aunque el hinchamiento de PAAm no depende del pH debido a su carácter no iónico, también es un polímero hidrófilo. A niveles de pH más altos, la protonación disminuyó pero el grado de hinchamiento se mantuvo alto debido a la débil formación de enlaces de hidrógeno intermoleculares y a la hidrofilia de PAAm. Por lo tanto, la densidad de reticulación se reduce, lo que permite que la estructura de la red se relaje más y permita que entren más moléculas de agua. Además, la existencia de AuNPs en los nanocompuestos mejoró el grado de hinchamiento debido a la disponibilidad de más espacios libres que permiten la rápida difusión de las moléculas de agua dentro del nanocompuesto. A partir de los resultados, también queda claro que al agregar iones de plata a la mezcla de polímeros, el grado de hinchamiento del nanocompuesto Cg-PAAm/Au-Ag-NPs disminuye, lo que se debe a que la presencia de AgNPs aumenta la densidad de reticulación fortaleciendo la red y reduciendo la capacidad de hinchamiento. Esto se debe a que las nanopartículas de Ag pueden interactuar con los grupos funcionales de la matriz de hidrogel a través de interacciones electrostáticas, reduciendo así el área requerida para el alto nivel de hinchazón38. Por lo tanto, el grado máximo de hinchazón para Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP se eligió a pH 7,4, lo que lo hace adecuado para su aplicación en la liberación de fármacos en los intestinos.

(A–C) Grado de hinchamiento (%) en función del tiempo (h) a diferentes pH, de (I) hidrogel de Cs-g-PAAm, (II) Cs-g-PAAm/AuNPs, (III) Cs- g-PAAm/AgNP, (V) Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP, respectivamente, y (D) grado reversible de inflamación intermitente a valores de pH 1,5 y 7,4 para Cs-g-PAAm/Au-AgNP , (E, F, G, H, I, J, K y L) Cámara digital para hidrogel y nanocompuestos secos e hinchados en tampón fosfato a pH 7,4.

La Figura 3D confirma que el nanocompuesto Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs responde al pH probándolo en un grado reversible de hinchazón intermitente en dos soluciones tampón a valores de pH 1,5 y 7,4. El nanocompuesto pareció expandirse a un pH de 7,4, mientras que pareció contraerse a un pH de 1,5, lo que demuestra un buen comportamiento de hinchamiento reversible. Se puede observar que se puede repetir la operación de expansión-contracción en el tercer período y se puede producir la relajación de las cadenas, lo que es responsable del aumento del hinchamiento en el tercer ciclo. El resultado obtenido demostró que Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs es un buen nanocompuesto que responde al pH y fue elegido para ser utilizado en sistemas de administración de fármacos que pueden liberar fármacos como el fluorouracilo cuando se altera el pH.

El injerto de AAm en quitosano se confirmó mediante FTIR como se muestra en la Fig. 4A. La Figura 4A muestra los espectros FTIR de hidrogel de Cs-g-PAAm, nanocompuestos de Cs-g-PAAm/AuNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs. Para el hidrogel de Cs-g-PAAm, mostró una fuerte banda ancha centrada en 3400 cm-1 debido a la vibración de estiramiento asimétrico axial de O – H y N – H de Cs y PAAm. La banda observada a 2894 cm-1 correspondió a la vibración de estiramiento simétrica CH. La banda aparece a 1655 cm-1 correspondiente al estiramiento (amida I) de los enlaces C=O de los grupos acetamida de Cs y PAAm. La banda a 1590 cm-1 corresponde a la deformación N – H del grupo amino de Cs. Estos resultados confirman que PAAm se injertó con éxito en polímero de Cs. Por otro lado, se informó un aumento en la intensidad de la banda de vibración de estiramiento de O – H y N – H entre 3200 y 3400 cm-1 para el hidrogel nanocompuesto Cs-g-PAAm/AuNPs39. Esto explicó cómo interactuaron los átomos de Au0 y nitrógeno envolviéndose alrededor de Au0 y permitiéndoles permanecer estables en la solución. La nitidez y la intensidad de la banda a 1030 cm-1 que se incrementó y se atribuyó al CO corroboró esta interacción40. El hecho de que la banda de 1320 cm-1 aumentara en intensidad mientras que la banda de 1408 cm-1 disminuyera sugirió que las nanopartículas de Au0 estaban recubiertas con hidrogel de Cs-g-PAAm. Para Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP del gráfico, se puede ver que no se observaron nuevos picos, pero se observó una ligera disminución en la intensidad de los picos.

(A) Espectros FTIR y (B) patrones de difracción XRD para hidrogel de Cs-g-PAAm, Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y nanocompuestos de Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs hidrogeles.

La Figura 4B muestra los patrones de XRD de las muestras de polímero estudiadas, que demuestran que la muestra de Cs-g-PAAm (línea negra) es de naturaleza amorfa41. Aparecieron nuevos picos de difracción para Cs-g-PAAm/AuNP (línea azul) en 2 valores theta 38,2°, 44,8°, 64,4° y 77° asignados a (111), (200), (220) y (311). características del oro con estructura cristalina cúbica centrada en la cara, respectivamente. La presencia de estos picos confirma que Au0 se incorporó con éxito a Cs-g-PAAm. Otro pico de difracción apareció para Cs-g-PAAm/AgNPs (línea rosada) en 2 valores theta 32,6°, 38,7°, 45,3°, 50,12°, 60,6°, 64,1° y 77,1° asignados a (311), (101 ), (103), (104), (105), (110) y (201) características de la plata con estructura cristalina cúbica centrada en las caras, respectivamente. La presencia de estos picos confirma que Ag0 se incorporó con éxito a Cs-g-PAAm. El pico en 38,2° y 44,8° en Cs-g-PAAm/AuNPs aumentó en ampliación y cambió a valores 2 theta más altos de 39,4° y 46,5° con la introducción de otros picos nuevos en Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs (línea roja) en 2 valores theta 20°, 28,4°, 33,4°, 34,8°, 49,6°, 53,1° y 61,6° asignados a (200), (220), (311), (222), (422 ), (511) y (531) características de la plata con una estructura cristalina cúbica también centrada en la cara, lo que confirma que Ag0 se preparó con éxito. Estos resultados están de acuerdo con una buena concordancia con el registro No. 7440-57-5 de la Base de Datos de Estructura Cristalina Inorgánica (ICSD) para oro y el registro No. 01-1167 para plata. El porcentaje de cristalinidad se calculó a partir del área bajo el pico en el patrón XRD utilizando la ecuación. (3) y los datos se resumieron en la Tabla 3. Es obvio que el porcentaje de cristalinidad aumentó al introducir nanopartículas metálicas que conforman el enlace entre iones metálicos y grupos funcionales en el polímero, lo que conduce a un aumento en la intensidad de la cristalización4,42. Además, los tamaños promedio de las nanopartículas de oro y plata se estimaron a partir del ensanchamiento del patrón XRD utilizando la ecuación. (4) en tres valores diferentes de 2 theta correspondientes a los tres valores I/I1 más altos, y los datos se resumieron en la Tabla 4. Está claro que se encontró que el tamaño promedio de partícula de las nanopartículas de Au0 y Ag0 era 41,7 nm y 66,7 nm. nm respectivamente.

La Figura 5A-C confirma la incorporación de nanopartículas de Au y Ag en el hidrogel Cs-g-PAAm. Esto es evidente en el EDX puntual sobre la presencia de nanopartículas de Ag y Au en las muestras de hidrogel. Los porcentajes en peso de nanopartículas de Au0 y Ag0 en todos los nanocompuestos fueron 0,86 y 0,52% en peso, respectivamente.

Gráficos EDX de (A) Cs-g-PAAm/AuNP, (B) Cs-g-PAAm/AgNP y (C) Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP.

Las morfologías de la superficie de las muestras de Cs-g-PAAm/AuNP, Cs-g-PAAm/AgNP y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP investigadas se examinaron mediante SEM como se muestra en la Fig. 6. La imagen SEM de El nanocompuesto Cs-g-PAAm/AuNPs (Fig. 6A) apareció como una estructura en forma de red con poros debido a la hidrofilia de AAm, que tiene una gran afinidad para hincharse en agua. Se esparcieron manchas blancas por la superficie de los poros, lo que demostró la existencia de nanopartículas de Au0 en los hidrogeles nanocompuestos. Después de la inmersión de nanocompuestos de Cs-g-PAAm y Cs-g-PAAm/AuNPs en soluciones de nitrato de plata y borohidruro de sodio para reducir Ag a Ag0, se depositaron muchas nanopartículas esféricas de Ag0 en los poros y la superficie como se muestra en la Fig. 6B, C. .

Imágenes SEM de (A) Cs-g-PAAm/AuNPs, (B) Cs-g-PAAm/AgNPs y (C) Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs.

Las partículas de tamaño nanométrico suelen estar presentes en muchos tipos diferentes de materiales y el DLS se utiliza para medir el diámetro hidrodinámico de las partículas, que es la distancia desde el centro de la partícula hasta el plano de corte en la superficie. La Figura 7 ilustra la distribución de tamaño (basada en números) de las AuNP y AgNP preparadas en los hidrogeles nanocompuestos Cs-g-PAAm/AuNPs y Cs-g-PAAm/AgNPs con diámetros medios de 40 y 69 nm, respectivamente. Estos tamaños de partículas coinciden con los calculados a partir de datos XRD. El índice de polidispersidad es una medida de la amplitud de la distribución de tamaños43. El índice de polidispersidad inferior a 0,08 indica una muestra casi monodispersa, y el valor del rango medio está entre 0,08 y 0,70, donde los algoritmos de distribución funcionan mejor en este rango. Además, cuando el índice de polidispersidad es superior a 0,7 y cercano a 1,0 denota una distribución muy amplia del tamaño de las gotas44. En el presente trabajo y a partir de los datos DLS presentados en la Fig. 7, los índices de polidispersidad son 0,250 para los hidrogeles nanocompuestos de Cs-g-PAAm/AuNP y 0,343 para los hidrogeles nanocompuestos de Cs-g-PAAm/AgNP que se encuentran en el rango medio que indica sistemas de distribución. funciona mejor.

La distribución de tamaño por el número de hidrogeles nanocompuestos de (A) Cs-g-PAAm/AuNPs y (B) Cs-g-PAAm/AgNPs, respectivamente.

Cuanto menor sea el tamaño de las partículas, mayor será su eficiencia45. Las nanopartículas metálicas Au/Ag-NP pueden penetrar la superficie de las células microbianas y unirse a proteínas y enzimas dentro de las células microbianas, provocando una parada funcional y la muerte microbiana. Además, las nanopartículas metálicas pueden absorber en gran medida oxígeno en la superficie de las células, provocando hipoxia dentro de las células microbianas y, como resultado, la muerte de los microbios46. Por tanto, las NP de Au-Ag tienen buenas propiedades antimicrobianas. En este trabajo, se combinaron partículas de oro y plata para aumentar la propiedad de inhibición del crecimiento microbiano y aumentar la eficacia. Se estudió la actividad antimicrobiana del hidrogel preparado a base de nanopartículas bimetálicas de oro y plata. Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y nanocompuestos bimetálicos de Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs contra diversas bacterias (dos cepas de bacterias grampositivas y dos cepas de bacterias gramnegativas), así como células fúngicas (dos cepas), se investigaron como se muestra en la Fig. 8. De los resultados representados en la Tabla 5 se desprende claramente que Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs tiene una zona de inhibición más alta del crecimiento para las bacterias Gram positivas como Bacillus Subtilis y Staphylococcus aureus (40 ± 9,8 mm) y (28 ± 2,7 mm) respectivamente, y para bacterias Gram negativas como Escherichia coli y Klebsiella pneumonia (26 ± 1,8 mm) y (20 ± 1,2 mm), respectivamente, así como la mayor inhibición del crecimiento de hongos como Candida albicans (36 ± 2,99 mm). Es notable que las NP Au-Ag fueron más activas contra las bacterias Gram positivas que los aislados Gram negativos. Este resultado puede atribuirse a que la pared celular de los patógenos Gram-negativos contiene dobles capas de peptidoglicano y lipopolisacárido, que impiden la acción de las nanopartículas de plata y oro debido a las cargas positivas de las NP Au-Ag que se entrecruzan con las capa de polisacárido, mientras que los aislados Gram positivos contienen una única capa estructural de peptidoglicano12. La combinación de plataformas anticancerígenas y antimicrobianas en portadores de medicamentos contra el cáncer tiene como objetivo crear agentes terapéuticos que puedan atacar tanto las células cancerosas como las infecciones microbianas simultáneamente. Este enfoque tiene el potencial de mejorar la eficacia y seguridad de los tratamientos contra el cáncer, particularmente en pacientes con sistemas inmunológicos debilitados que son más susceptibles a las infecciones.

Imágenes antimicrobianas de (I) hidrogel de Cs-g-PAAm/AgNPs, (II) nanocompuestos de Cs-g-PAAm/AuNPs y (III) Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs contra diversas bacterias y hongos.

La concentración inhibidora media máxima (CI50) cuantifica la capacidad de una sustancia para inhibir una determinada función biológica o metabólica. El IC50 se utilizó para describir la toxicidad de los nanocompuestos preparados de Cs-g-PAAm/AgNPs, Cs-g-PAAm/AuNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs. La citotoxicidad de diferentes concentraciones (31,25, 62,5, 125, 250, 500 y 1000 µg/mL) de Cs-g-PAAm/AgNP, Cs-g-PAAm/AuNP y Cs-g-PAAm/Au–Ag- Los nanocompuestos de NP en células cancerosas HepG2 se evaluaron utilizando el protocolo MTT como se muestra en la Fig. 9. La Tabla 6 ilustra los porcentajes de fracción de supervivencia e inhibición a 1000 µg/ml y los valores de IC50 de los nanocompuestos preparados. Está claro que para los nanocompuestos Cs-g-PAAm/AgNPs, Cs-g-PAAm/AuNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs preparados mataron 95,8, 78,6 y 91,7% de las células, respectivamente. Esto significa que el hidrogel nanocompuesto de Cg-PAAm/AgNPs inhibe la proliferación celular de manera más efectiva con un valor IC50 de 8,6 ± 1,34, que se considera un biomaterial citotóxico muy fuerte47. Además, los mayores valores de CI50 se observaron con el hidrogel nanocompuesto de Cs-g-PAAm/AuNPs, alcanzando 39,6 µg/ml. La combinación de nanopartículas bimetálicas de oro y plata reduce el efecto citotóxico del nanocompuesto preparado con un valor de IC50 de 24,3 ± 1,39 µg/mL que se considera un nanocompuesto citotóxico moderado y al mismo tiempo elimina un gran número de células cancerosas (91,7%) (Fig. .7). Estos resultados demostraron que el nanocompuesto Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs sensible al pH tiene una citotoxicidad más baja y puede inhibir la proliferación celular, lo que lo convierte en un buen portador de medicamentos contra el cáncer.

Efecto de los nanocompuestos preparados sobre células HepG2 a diferentes concentraciones.

El fármaco fluorouracilo se cargó en el hidrogel y los nanocompuestos preparados mediante enlaces de hidrógeno e interacciones de van der Waals48 como se ilustra en la Fig. 10. La cantidad de fármaco cargado en diversas concentraciones de fluorouracilo a pH 7,4 se mostró en la Fig. 11A. Es obvio que la cantidad cargada de fármaco fluorouracilo se incrementa al aumentar la concentración del fármaco para todos los hidrogeles de Cs-g-PAAm, Cs-g-PAAm/AuNP, Cs-g-PAAm/AgNP y Cs-g-PAAm/Au– Nanocompuestos Ag-NPs. Este aumento se atribuyó al nanocompuesto de Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs que tiene valores de hinchamiento más altos debido a los sitios accesibles al volumen libre en la matriz polimérica, lo que hace que las cadenas sean más flexibles y permite la difusión de más moléculas de fármaco en la matriz polimérica. . Se encontró que la mejor concentración era 1,0 mg/ml, lo que produjo aproximadamente una cantidad cargada de fármaco de fluorouracilo de 44,3, 95, 20 y 89 mg/g para el hidrogel de Cs-g-PAAm, Cs-g-PAAm/AuNP. , nanocompuestos Cs-g-PAAm/AgNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs, respectivamente, y se empleó en la investigación de liberación de fármacos in vitro.

Mecanismo cargado de fármaco de fluorouracilo del hidrogel y nanocompuestos preparados.

(A) Fármaco de fluorouracilo cargado, (B) liberado en función del tiempo en SIF a pH 7,4 de (I) Cs-g-PAAm, (II) Cs-g-PAAm/AuNPs, (III) Cs-g-PAAm /AgNP, (V) Cs-g-PAAm/Au–AgNP.

La Figura 11B muestra el efecto del tiempo sobre el porcentaje de liberación del fármaco fluorouracilo (in vitro) incorporado en todos los hidrogeles de Cs-g-PAAm, Cs-g-PAAm/AuNP, Cs-g-PAAm/AgNP y Cs-g-PAAm/ Nanocompuestos de Au-Ag-NPs a pH 7,4, respectivamente. Se encuentra que la liberación del fármaco fluorouracilo en SIF depende del pH y la liberación del fármaco fluorouracilo se incrementa al aumentar el tiempo hasta alcanzar el porcentaje de liberación óptimo a través de 315, 450, 375 y 300 min con una liberación máxima del fármaco de 33, 87, 22 y 97% para hidrogel de Cs-g-PAAm, nanocompuestos de Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs, respectivamente. La existencia de AuNP en nanocompuestos no solo mejoró el porcentaje de liberación en hidrogel de Cs-g-PAAm y nanocompuestos de Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs, sino que también aceleró el tiempo de liberación de 450 min en Cs-g-PAAm/AuNPs a 300 min en Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP. Según los datos obtenidos de la liberación in vitro, el nanocompuesto Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs sensible al pH es un sistema de administración de fármacos localizado ideal para fluorouracilo en el entorno neutro del intestino.

El mecanismo y los parámetros cinéticos de liberación del hidrogel Cs-g-PAAm, los hidrogeles nanocompuestos Cs-g-PAAm/AuNPs, Cs-g-PAAm/AgNPs y Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs se investigaron utilizando las ecuaciones. (6–9). Las Figuras 12A a D representan las curvas cinéticas de liberación de varias expresiones aplicadas y la Tabla 7 muestra los datos analizados. Se ha descubierto que en este trabajo se demostró que la liberación sigue el mecanismo de difusión del supercaso II para todos los hidrogeles de Cs-g-PAAm, Cs-g-PAAm/AuNP, Cs-g-PAAm/AgNP y Cs-g-PAAm. / Hidrogeles nanocompuestos Au-Ag-NPs, con valores n de 1,39, 1,27, 1,11 y 1,31, respectivamente. Estos resultados demostraron que el nanocompuesto Cs-g-PAAm/Au-Ag-NPs sensible al pH tiene una mayor liberación de fármaco fluorouracilo y puede usarse como sistema de administración de fármacos en el ambiente neutro del intestino.

Liberación de curvas cinéticas para (I) Cs-g-PAAm, (II) Cs-g-PAAm/AuNPs, (III) Cs-g-PAAm/AgNPs, (V) Cs-g-PAAm/Au-AgNPs.

En este estudio, se prepararon Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP sensibles al pH mediante la técnica de irradiación gamma como un método limpio y preciso. El nanocompuesto preparado se preparó como un portador de fármaco dirigido a células cancerosas con la capacidad de moverse a través de cambios en el pH. Las AuNP se prepararon in situ durante el proceso de polimerización. Las nanopartículas de plata se cargaron mediante reducción química como soporte para las nanopartículas de oro. Según la hipótesis principal de nuestro trabajo, las NP bimetálicas de Au-Ag mejoraron la estructura coherente del hidrogel preparado al aumentar las propiedades de hinchamiento y rendimiento de conversión de los nanocompuestos preparados. Además, las NP de Au-Ag aumentaron la eficiencia de liberación cuando las NP de Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP se cargaron con un fármaco anticancerígeno fluorouracilo. Además, los nanocompuestos bimetálicos de Cs-g-PAAm/Au-Ag-NP tienen una alta actividad antimicrobiana contra algunos tipos de bacterias y hongos patógenos y la mayor citotoxicidad de las AgNP se redujo por la existencia de AuNP con un aumento en la capacidad de matar una alta número de células cancerosas del hígado. Además de mejorar los resultados del tratamiento, combinar plataformas anticancerígenas y antimicrobianas en los sistemas de administración de medicamentos también puede ayudar a abordar el problema de la resistencia a los medicamentos, ya que algunas infecciones microbianas se están volviendo cada vez más resistentes a los antibióticos existentes. Al atacar tanto las células cancerosas como las infecciones microbianas, este enfoque puede proporcionar una opción de tratamiento más eficaz y sostenible para los pacientes. Como resultado, nuestra hipótesis principal se probó con éxito y el hidrogel nanocompuesto Cs-g-PAAm / Au-Ag-NPs preparado, sensible al pH, fue candidato para uso futuro como portador para la administración de medicamentos contra el cáncer.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud.

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Los autores del trabajo son todas personas que hicieron contribuciones importantes al trabajo indicado en el artículo (por ejemplo, asistencia técnica, asistencia de redacción y edición, apoyo general), y agradecemos a la Autoridad de Energía Atómica de Egipto por el apoyo necesario para realizar este trabajo.

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Autoridad de Financiamiento de Ciencia, Tecnología e Innovación (STDF) en cooperación con el Banco Egipcio de Conocimiento (EKB).

Departamento de Investigación sobre Radiación y Química de Polímeros, Centro Nacional de Investigación y Tecnología sobre Radiación, Autoridad Egipcia de Energía Atómica, El Cairo (Egipto)

Shaimaa M. Nasef, Ehab E. Khozemy y Ghada A. Mahmoud

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Todas las personas que cumplen con los criterios de autoría figuran como autores, y todos los autores certifican que han participado lo suficiente en el trabajo como para asumir la responsabilidad pública del contenido, incluida la participación en el concepto, diseño, metodología, análisis, redacción o revisión del manuscrito. . Todas las personas certifican que este material no ha sido enviado ni publicado en ninguna otra publicación y aceptan su aparición en el Scientific Reports Journal.

Correspondencia a Shaimaa M. Nasef.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Nasef, SM, Khozemy, EE y Mahmoud, GA Chitosán/acrilamida/oro/nanocompuesto sensible al pH soportado con nanopartículas de plata para la liberación controlada de fármacos anticancerígenos. Representante científico 13, 7818 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-34870-w

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Recibido: 02 de febrero de 2023

Aceptado: 09 de mayo de 2023

Publicado: 15 de mayo de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34870-w

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