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NANOPARTICULAS METALICAS
SÍNTESE, CARACTERIZAÇÃO E APLICAÇÃO EM SISTEMAS
BIOLÓGICOS COM ÊNFASE EM FÁRMACOS E COSMÉTICOS
• AULA 6 QP-434 (19/09/07)
• Prof. Nelson Durán
• IQ-UNICAMP
Como preparar as nanopartícula? Nanopartículas de prata
Sal do metal + agente redutor
E.C. Constable, Depart. Chemistry, University of Basel, Switzerland
Como preparar as nanopartícula? Nanopartículas de Au e Pd
Arredondadas, lisas de 18 nm departículas de Au por reduçãode citrato
Hexagonal de 30 nm de partículasde Pd preparada por redução deuma sal de Pd com baixa Concentração de ácido ascórbico
E.C. Constable, Depart. Chemistry, University of Basel, Switzerland
Como preparar as nanopartícula? Nanopartículas de metais
E.C. Constable, Depart. Chemistry, University of Basel, Switzerland
Conhecidas da antiguidade
Ouro coloidal usada para vidros tingido com vermelho e púrpura dos tempos medievais até agora
Sintese de nanoparticulas metalicas
85oCFeCl3 + 6H2O + FeCl2 . 4H2O + NH4OH --------------
HAuCl4 + NaBH4 ---------------
[Ag(NH3)2]+ Ac. ascorbico/1 h r.t. --------------
PREPARATIONChemical Synthesis of silver nanoparticles
Como preparar nanopartículas? Nanocubos de prata
E.C. Constable, Depart. Chemistry, University of Basel, Switzerland
Como preparar as nanopartícula? Nanopartículas de óxidos metálicos
E.C. Constable, Depart. Chemistry, University of Basel, Switzerland
Caracterização de nanopartículas de TiO2 por TEM
E.C. Constable, Depart. Chemistry, University of Basel, Switzerland
Como caracterizar as nanopartículas?
PREPARATION
Biosynthesis of silver nanoparticles
Fusarium oxysporum was grown by 7 days
Absorptions were measured in UV-Vis
The biomass was filtrated and AgNO3 (10 mM) was added in the fungal liquid
The biomass was filtrated and resuspended in sterile water
Coleção de 20 linhagens de Fusarium
Culturas de Fusarium spp
Cultura em meio
líquido (YM)0,017/10-3 M de AgNO3
Caldo fungalBiomassa em
água destl.
12 Horas 72 Horas
Espectro UV-vis
MEV - nanopartículas
MATERIAIS E MÉTODOS
Solução coloidal de reação
Durán et al. J. Nanobiotechnol. 3, 1-7 (2005).
Para seleção da linhagem com melhor eficiência, levamos em consideração os dois métodos de biossíntese, tanto usando a biomassa quanto usando o líquido fungal
A B
No caldo, foram introduzindo,017/10-3
M de AgNO3
Após ser separada a biomassa da água destilada. Este peso úmido foi adicionada em uma solução de 0,017/10-3
M de AgNO3 .Nanopartículas de prata.
Métodos
Souza et al. 58º SBPC, Florianopolis (2006)
Staphylococcus aureus Klebisiela pneumoniae
Algodão 100% Poliéster
Nanopartículas
Impregnação em
tecido têxtil para
atividade biocida
Teste oligodinâmica
Utilizando as nanopartículas
da melhor linhagem
Durán et al. Patente Braz. PIBr 0605681-4 (2006)
PRÉ-ENSAIO E RECUPERAÇÃO DAS NANOPARTÍCULAS EM EFLUENTES
A água de lavagem do tecido têxtil impregnado com nanopartículas de prata, foi submetida ao tratamento C. violaceum.
100mL/100mL 100mL/60mL 100mL/20mL
48 Horas sob
agitação
Aeração (0,5 L/mim)
Ausência de ar
Análise espectro UV-vis
Durán et al. J. Biomed. Nanotechnol. 3, 203-208 (2007).
RESULTADOS
•Espectro UV-vis de linhagens de Fusarium
produtoras de nanopartículas de prata.
Souza et al. 58º SBPC, Florianopolis, S.C. (2006)
Silver nanoparticlesSize: 1,6 nm (biosynthesis)
Durán et al. J. Nanobiotechnol. 2005
Silver nanoparticlesSize: 175 nm
(Chemical synthesis)
Espectro UV-VÍSMEV do extrato líquido
Impregnação das nanopartículas em a) algodão e b) polyester
a b
Amostras centrifugadas
1) Algodão 100% e 2) polyester 100% 3) Cultura de Staphylococus
aureus e 4) Teste com tecido algodão impregnado com
nanopartículas de prata frente à cultura bacteriana e 5) teste do
tecido polyester impregnado com nanopartículas de prata frente à
cultura bacteriana 1
3
4
25
ATIVIDADE BIOCIDA DO TECIDO IMPREGNADO (ALGODÃO) COM NANOPARTÍCULAS DE PRATA
frente a bactéria S. aureus
MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA DO TRATAMENTO DE ALGODÃO COM NANOPARTICULAS DE PRATA
Durán et al. J. Biomed. Nanotechnol. 3, 203-208 (2007).
Tecido Controle (sem nanopartículas de prata)
Tecido com nanopartículas de
prata
ATIVIDADE BIOCIDA DO TECIDO IMPREGNADO
(POLIÉSTER) COM NANOPARTÍCULAS DE PRATA frente a
bactéria S. aureus
M.O do Poliéster
impregnado com
nps.
M.O das amostras não impregnadas
•Os tecidos impregnados com nanopartículas, após sucessivas lavagens, perdem gradativamente sua atividade biocida, uma vez que as nanopartículas são liberadas durante este processo.
•Para evitar o descarte de nanopartículas no ambiente, foram realizados ensaios com diferentes concentrações de inóculo da bactéria, Chromobacterium violaceum.
POSSÍVEL RECUPERAÇÃO
Espectros A e B, correspondentes às amostras controle (A, sem diluição e B, diluição de 10 vezes). (C, D e E submetidas à aeração). (F, G e H submetidas à ausência de ar) todas tratadas com Chromobacterium violaceum.
EDS: Espectro de nanopartículas de prata em bactéria Chromobacterium violaceum.
CONCLUSÃO
•Todas as 20 linhagens de Fusarium utilizadas neste trabalho
apresentaram capacidade de produção de nanopartículas de prata,
entretanto, foram as três mais eficientes separadas (dados
apresentados no Relatório Parcial). Destas, foi selecionada a
linhagem 07SD.
•Avaliaram-se dois métodos de biossíntese: um empregando
diretamente a biomassa do fungo e outro apenas o líquido fungal.
Este último mostrou melhores resultados. Logo, deu-se
continuidade ao trabalho empregando este método.
•Os tecidos impregnados com as nanopartículas de prata
apresentaram atividade biocida frente a Staphylococcus aureus e
Klebsiella pneunomiae.
•A possibilidade de recuperação das nanopartículas de prata após
lavagens sucessivas dos tecidos utilizando Chromobacterium
violaceum foi comprovada, podendo ser empregada no
reaproveitamento contínuo dessas nanopartículas (ainda em teste)
Durán et al. J. Biomed. Nanotechnol. 3, 203-208 (2007).
Jun Tian, Kenneth K. Y. Wong, Chi-Ming Ho, Chun-Nam Lok,Wing-Yiu Yu,] Chi-Ming Che, Jen-Fu Chiu, and Paul K. H. Tam. Topical delivery of silver nanoparticles promotes wound healing.ChemMedChem.(2007)2,129-136.
• Preparation of the dressings:• Nanosilver-coated dressing: Initial experiments were carried
out by using silver nanoparticle grafted dressing (silver content: 2.75 mgg1, Anson Nanotechnology Group Co., Ltd. Hong Kong). A piece of silver nanoparticle-coated dressing (4H3 cm2) weighed 0.1737 g. This corresponds to 0.4777 mg of silver nanoparticles on each piece. Transmission electron microscopy revealed that silver nanoparticles were spherical, with diameters of 149.8 nm based on 750 particle measurements on five sites of interest. Subsequently experiments were performed with silver nanoparticles (1 mm) synthesized by borohydride reduction of AgNO3 in the presence of citrate as a stabilizing agent, as previously described.[45] Similar efficacy with silver nanoparticle dressing was confirmed (data not shown).
SSDNTND
Silver Nano Silver sulfadiazine
E:epidermidHF: hair follicles
CULTURA DE MICRORGANISMOS NO PANO DA FERIDA NOS DIAS 1, 3, 5, 7 E 10 NOS ANIMAIS TRATADOS COM ND (GRIS), SSD (BRANCO E NÃO TRATADO (GRIS ESCURO)
silver nanoparticles can modulate local and systemic inflammatory response following burn injury by cytokine modulation.
ND▄ No treatment▲ SSD
IL-6 TGF-beta IL-10
VGEF IFN-gama
IL-6 aumenta inflamaçãoTGF-beta auenta inflamaçãoIl-10regula citokinasVGEF (vascular endotelial growth factor) promove cicatrizaçãoIFN-gama aumenta colageno
PATENTES EM COSMÉTICOS • Facial mask comprising a nanometer metal coating. Ko, Chuan Tao. (Taiwan). U.S. Pat. Appl. Publ.
(2007), 5pp. CODEN: USXXCO US 2007125383 • Silver-containing an antimicrobial body care product. Hanke, Bernhard. (Procter and Gamble Company,
USA). PCT Int. Appl. (2000), 22 pp. CODEN: PIXXD2 WO 2000078281 • Antimicrobial gel formulation containing silver nanoparticles for treating female genital infections, its
preparation method and uses. Chen, Hu. (Shenzhen Agt Pharm. Co., Ltd., Peop. Rep. China). Faming Zhuanli Shenqing Gongkai Shuomingshu (2005), 16pp. CODEN: CNXXEV CN 1672689 A
• Manufacture of cosmetics containing silver nanoparticles and Carbopol. Liu, Baning; Ma, Xiaoling; Liu, Xi. (Peop. Rep. China). Faming Zhuanli Shenqing Gongkai Shuomingshu (2004), No pp. given. CODEN: CNXXEV CN 1539403 A
• Formulation of UV absorbers by incorporation in solid lipid nanoparticles. Herzog, Bernd. (Ciba Specialty Chemicals Corporation, USA). U.S. Pat. Appl. Publ. (2003), 16 pp. CODEN: USXXCO US 2003235540 A1
• Pharmaceutical compositions for treating allergic dermatitis comprising nano-gold solution. Han, Sang Pil; Yoo, Eui Jae; Choi, Paeck Hi; Choi, Young Deuk. (Hanssem Health Co., Ltd., S. Korea). Repub. Korean Kongkae Taeho Kongbo (2006), No pp. given. CODEN: KRXXA7 KR 2006134261
• Hair preparations containing silver nanoparticle colloids for the treatment of bacteria-caused hair depilation. Han, Sang Pil; Yoo, Eui Jae; Choi, Paeck Hi; Choi, Young Deuk. (Hanssem Health Co., Ltd., S. Korea). Repub. Korean Kongkae Taeho Kongbo (2006), No pp. given. CODEN: KRXXA7 KR 2006110600
• Vaginal adhesive preparation containing silver nanoparticles and its preparation method. Gu, Maojian; Ren, Fuzheng; Liang, Wei; Jiang, Zongrun. (Shanghai Jnj Modern Pharmaceutical Technologies Inc., Peop. Rep. China). Faming Zhuanli Shenqing Gongkai Shuomingshu (2006), 14pp. CODEN: CNXXEV CN 1857310
• Anti-microbial condom containing silver nanoparticles, capable of preventing various adult diseases and pregnancy. Yang, Won Dong. (S. Korea). Repub. Korean Kongkae Taeho Kongbo (2005), No pp. given. CODEN: KRXXA7 KR 2005114182
• Antiaging cosmetics containing gold nanoparticles and silk fibroin for maintaining antioxidant activity. Hur, Won; Lim, Kun Bin; Ahn, Hyo Soon; Shin, Hwa Sook. (Fineco. Ltd., S. Korea). Repub. Korean Kongkae Taeho Kongbo (2006), No pp. given. CODEN: KRXXA7 KR 2006108789
Que fazem as nanopartículas? Escova de dentes
MATERIAS PARA FERIMENTOS
Área superficial grande de partículas de prata tamanho nano melhora a
efetividade antibacteriana
-melhora os tempos de recuperação-mata bactéria mais rápido com nanoparticulas que outras formas de prata
Que fazem as nanopartículas? Sem comentários
Alves et al. Patente Braz. PIBr 0502657-1 (2005).
Lewin et al. Nat Biotechnol. 18, 410 (2000)
Sitio de ação de antibioticos
Without any antibiotics5 ug/mL of silver nanoparticles
150 ug/mL of amoxicillin
150 ug/mL of amoxicillin + 5 ug/mL of silver nanoparticles
P. Li, J. Li, C. Wu, Q. Wu,J. Li. Synergistic antibacterial effects of β-lactam antibiotic combined with silver nanoparticles. Nanotechnology 16, 1912–1917 (2005)
E. coli 5 x 10(6) colônias de bac., a) 5 ug mL(-1) de nanoparticulas de prata, b) 0.150 mg mL (-1) de antibiotico) , c) 0.150 ug mL(-1) de antibiotico + a), d) b0 + 10 ug mL (-1) nanoparticulas de prata.
MECANISMO DA AMOXICILINA
Li et al., Nanotechnology 16, 1912 (2005).
CLINDAMICINA
CLIN
CLIN
CLIN
CLINCLIN
CLIN
CLIN
CLINSintese quimica e fungica
NANOPARTICULAS DE PRATA COMO CARREGADORES DE FARMACOS
Brocchi et al. J. Nanosci. Nanotechnol., submitted (2007)
MINIMUM INHIBITION CONCENTRATION (MIC)
Durán et al., Crit. Rev. Microbiol. Submitted (2007).
VANCOMICINA EM NANOPARTICULAS PARA AUMENTARSUA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA
Gu et al. Nano Lett. 3, 1261-1263 (2003)
SINTESE DE NANOPARTICULAS DE OURO COMVANCOMICINA
SILVER NANOPARTICLES
AND NEGLECTED DISEASES
CLIN
CLIN
CLIN
CLINCLIN
CLIN
CLIN
CLIN
Goal
Cutaneous leihmaniasis Propiobacterium acnes bacteria
SKIN PERMEATION IN VITRO
Human abdominal skin
The nanoparticles did not reach the receptor compartment
O QUE FAZEM AS NANOPARTICULAS DE PRATA?
Gade et al., Appl. Microbiol. Biotechnol., submitted (2007)
SINTESE DE NANOPARTICULASDE OURO ASSOCIADA A IgG
IgG de soro humano
HAuCl4 + NaBH4
BACTERIA
BACTERIA
Imã
SEPARAÇÃO
ANALISE
MLDI Analysis: (H. Steen and M. Mann. “The abc’s (and xyz’s) of peptide sequencing”. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 5, 699-711 (2003)).
Staphylococcus saprophyticus were collected from patients at the Hospital, Streptococcus pyogenes JRS 75 and JRS 4 were from collections S. pyogenes JRS 75 was obtained by mutating M protein from the strain of S. pyogenes JRS 4.29The lowest cell concentration that was detected for both Staphylococcus saprophyticus and Staphylococcus aureus in aqueous sample solutions (0.5 mL) was 3 x 10(5) cfu/mL, while the detectable cell concentration for S. saprophyticus in a urine sample was 3 x 10(7) cfu/mL
Absorption and desorption of chemotherapeutic drugsfrom a magnectically targeted carrier (MTC). Rudger et al. J. Control. Releae 74, 335-340 (2001).
Doxorubicin follows the Langmuir theory formilling, particles are resuspended and dispersed, adsorption to MTCs. The Langmuir theoryholds that the solute adsorbs to sites on the carbonsurface in a discrete one to one correspondence.
ACTIVATED CARBON
MAGNETICALLY TARGETED CARRIER (MTC)
Rudger et al. J. Control. Releae 74, 335-340 (2001)
ALVOS NAO ESPECIFICOS------------------------------------------------------------------------------------------------------
Treatment of a hepatocellular carcinoma byMTCs in clinical human trials
As shown in the left panel following the treatment of a HCC tumor with MCT-DOX the hepatic arteriesRemain patent, demonstrating particles toletaribility as evidenced by the lack of trombosis and/orembolization of the arteries. Localization and retention of the particles in the target tumor are showed in the the righ papel by magnetic resonant imagins (MIR) (the particles were in the local after 28 days)
DOENÇAS DE PELE
ACNE
Contra a bacteria Propiobacterium acnesassociada em parte com a inflamação doacne
Clindamycin Emulsão topica 1% ou gel
Liga-se as subunidades ribossomais 50S e Inibe a síntese de proteínas
CLIN
CLIN
CLIN
CLINCLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
Durán et al. Patente submetida (2007)
ACNE