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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 de
partículas de Au por redução
de citrato
Hexagonal de 30 nm de partículas
de Pd preparada por redução de
uma 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
Conhecidas da antiguidade
Ouro coloidal usada para vidros tingido com vermelho e
púrpura dos tempos medievais até agora
E.C. Constable, Depart. Chemistry, University of Basel, Switzerland
Sintese de nanoparticulas
metalicas
FeCl3 + 6H2O + FeCl2 . 4H2O + NH4OH
85oC
--------------
HAuCl4 + NaBH4 ---------------
[Ag(NH3)2]+ Ac. ascorbico/1 h r.t. --------------
PREPARATION
Chemical 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
The biomass was filtrated and resuspended in sterile water
The biomass was filtrated and AgNO3 (10 mM) was added
in the fungal liquid
Absorptions were measured in UV-Vis
Durán et al. J. Nanobiotechnol. 3, 1-7 (2005).
MATERIAIS E MÉTODOS
Coleção de 20 linhagens de Fusarium
Culturas de
Fusarium spp
MEV - nanopartículas
Espectro UV-vis
0,017/10-3 M de AgNO3
12 Horas
Solução coloidal
de reação Caldo fungal
Cultura em
meio
líquido (YM)
72 Horas
Biomassa em
água destl.
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
Métodos
No
caldo,
foram
introduzindo,017/10-3
M de AgNO3
Nanopartículas de
prata.
B
Após ser separada a
biomassa da água
destilada. Este peso
úmido
foi
adicionada em uma
solução de 0,017/10-3
M de AgNO3 .
Souza et al. 58º SBPC, Florianopolis (2006)
Utilizando as
nanopartículas
da melhor
linhagem
Nanopartículas
Impregnação em
tecido têxtil para
Algodão 100%
Poliéster
atividade biocida
Teste oligodinâmica
Staphylococcus aureus
Klebisiela pneumoniae
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)
Análise
espectro UV-vis
Ausência de
ar
Durán et al. J. Biomed. Nanotechnol. 3, 203-208 (2007).
RESULTADOS
•Espectro
UV-vis
de
linhagens
de
produtoras de nanopartículas de prata.
Souza et al. 58º SBPC, Florianopolis, S.C. (2006)
Fusarium
Silver nanoparticles
Size: 1,6 nm
(biosynthesis)
Durán et al. J. Nanobiotechnol. 2005
Silver nanoparticles
Size: 175 nm
(Chemical synthesis)
a
Amostras centrifugadas
Espectro UV-VÍS
b
Impregnação das nanopartículas em a) algodão e
b) polyester
MEV do extrato líquido
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
4
3
2
5
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
Tecido Controle (sem nanopartículas de prata)
Tecido com
nanopartículas de
prata
Durán et al. J. Biomed. Nanotechnol. 3, 203-208 (2007).
ATIVIDADE
BIOCIDA
DO
TECIDO
IMPREGNADO
(POLIÉSTER) COM NANOPARTÍCULAS DE PRATA frente a
bactéria S. aureus
M.O das amostras não impregnadas
M.O
do
impregnado
nps.
Poliéster
com
POSSÍVEL RECUPERAÇÃO
•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.
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.
•Todas
CONCLUSÃO
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).
SSD
NT
ND
Silver Nano
Silver sulfadiazine
E:epidermid
HF: 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.
IL-6
 ND
▄ No treatment
▲ SSD
IL-6 aumenta inflamação
TGF-beta auenta inflamação
Il-10regula citokinas
VGEF (vascular endotelial
growth factor)
promove cicatrização
IFN-gama aumenta colageno
TGF-beta
VGEF
IL-10
IFN-gama
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
Lewin et al. Nat Biotechnol. 18, 410 (2000)
Sitio de ação de antibioticos
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)
Without any antibiotics
5 ug/mL of silver nanoparticles
150 ug/mL of amoxicillin
150 ug/mL of amoxicillin + 5 ug/mL of silver
nanoparticles
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
NANOPARTICULAS DE PRATA COMO CARREGADORES
DE FARMACOS
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
Sintese quimica e fungica
Brocchi et al. J. Nanosci. Nanotechnol., submitted (2007)
MINIMUM INHIBITION
CONCENTRATION (MIC)
Durán et al., Crit. Rev. Microbiol. Submitted (2007).
VANCOMICINA EM NANOPARTICULAS PARA AUMENTAR
SUA ATIVIDADE ANTIMICROBIANA
Gu et al. Nano Lett. 3, 1261-1263 (2003)
SINTESE DE NANOPARTICULAS DE OURO COM
VANCOMICINA
SILVER
NANOPARTICLES
AND NEGLECTED
DISEASES
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
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 NANOPARTICULAS
DE OURO ASSOCIADA A IgG
HAuCl4 + NaBH4
IgG de soro humano
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 4.29
The 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 drugs
from a magnectically targeted carrier (MTC). Rudger et al.
J. Control. Releae 74, 335-340 (2001).
Doxorubicin follows the Langmuir theory for
milling, particles are resuspended and dispersed,
adsorption
to
MTCs.
The
Langmuir
theory
holds that the solute adsorbs to sites on the carbon
surface in a discrete one to one correspondence.
ACTIVATED CARBON
MAGNETICALLY TARGETED CARRIER (MTC)
ALVOS NAO ESPECIFICOS
------------------------------------------------------------------------------------------------------
Rudger et al. J. Control. Releae 74, 335-340 (2001)
Treatment of a hepatocellular carcinoma by
MTCs in clinical human trials
As shown in the left panel following the treatment of a HCC tumor with MCT-DOX the hepatic arteries
Remain patent, demonstrating particles toletaribility as evidenced by the lack of trombosis and/or
embolization 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 acnes
associada em parte com a inflamação do
acne
Clindamycin
Emulsão topica 1% ou gel
Liga-se as subunidades ribossomais 50S e
Inibe a síntese de proteínas
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
CLIN
Durán et al. Patente submetida (2007)
CLIN
CLIN
ACNE
AGRADECIMENTOS
REDE NANOTUB0S
DE CARBONO
CNPq/MCT
CNPq/MCT