Un multi comparativo

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9306 (2023) Citare questo articolo

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Qui, è stata eseguita una valutazione comparativa della tossicità dei punti di carbonio precursori degli scarti di caffè (cofCD) ottenuti utilizzando i principi della chimica verde e nanoibridi drogati con Gd (cofNH) utilizzando test ematologici, biochimici e istopatologici in vivo (topi CD1, somministrazione intraperitoneale, 14 giorni) e approccio neurochimico in vitro (terminali nervosi della corteccia di ratto, sinaptosomi). I dati biochimici del siero hanno rivelato cambiamenti simili nei gruppi trattati con cofCD e cofNH, vale a dire nessun cambiamento nelle attività degli enzimi epatici e nella creatinina, ma una diminuzione dei valori di urea e proteine ​​totali. I dati ematologici hanno dimostrato un aumento dei linfociti e una contemporanea diminuzione dei granulociti in entrambi i gruppi, il che potrebbe evidenziare processi infiammatori nell'organismo ed è stato confermato dall'istopatologia epatica; diminuzione dei parametri associati ai globuli rossi e della conta piastrinica e aumento del volume piastrinico medio, che potrebbe indicare problemi con la maturazione piastrinica ed è stato confermato dall'istopatologia della milza. Pertanto, è stata dimostrata la sicurezza relativa sia dei cofCD che dei cofNH per rene, fegato e milza, mentre sono emerse preoccupazioni sulla maturazione piastrinica e sull'eritropoiesi. Nello studio sulla neurotossicità acuta, cofCD e cofNH (0,01 mg/ml) non hanno influenzato il livello extracellulare di L-[14C]glutammato e [3H]GABA nelle preparazioni delle terminazioni nervose. Pertanto, i cofNH hanno dimostrato cambiamenti minimi nei test biochimici sierici ed ematologici, non hanno mostrato segni di neurotossicità acuta e possono essere considerati come agenti terapeutici non tossici biocompatibili in prospettiva.

La combinazione della modalità di imaging all’interno dell’entità terapeutica è un approccio promettente per superare i limiti dei trattamenti convenzionali, che a sua volta migliora l’efficacia terapeutica. In questo contesto, i nanomateriali ibridi, i nanoibridi (NH), hanno suscitato particolare interesse in biomedicina, grazie alle loro proprietà fisiche e chimiche distintive1. La risonanza magnetica, MRI, è una delle tecniche diagnostiche di bioimaging più diffuse. Tra i lantanidi, il miglior agente di contrasto per la diagnostica MRI2 è il gadolinio (Gd) grazie al suo elevato momento magnetico e al tempo di rilassamento dello spin elettronico più lungo3, fornendo così l'immagine MRI con contrasto più fine. L'incorporazione di Gd nelle nanostrutture da un lato può mitigarne la tossicità nell'organismo e dall'altro consente di sfruttare un fenomeno di accumulo di nanoparticelle nel tumore. Per superare la tossicità, il Gd è solitamente incorporato all'interno di nanovescicole (ad esempio liposomi e micelle), nanoparticelle metalliche e nanomateriali di carbonio, ecc.4,5,6,7,8,9.

Tra i nanomateriali di carbonio, i carbon dots (CD) comprendono un'ampia classe diversificata di nanomateriali che è di particolare interesse per il loro basso costo, i metodi di produzione semplici, il basso impatto ambientale e il potenziale di applicazione multidisciplinare10, 11. Uno dei principali vantaggi della produzione di CD è la prospettiva di utilizzare una varietà di precursori e metodi12, inoltre è possibile ottenere CD in conformità con i principi della chimica verde. Gli approcci metodologici della loro sintesi includono la pirolisi assistita da microonde, i metodi idrotermali elettrochimici, solvotermici, ecc.13. Inoltre, secondo i principi della chimica verde, i rifiuti organici sono ampiamente utilizzati per produrre CD, in particolare paglia di grano14, residui di riso15, semi di fieno greco16, bucce di frutta e verdura17,18,19,20, melassa di canna da zucchero21, scarti di caffè22,23,24, 25,26, ecc. I CD possiedono una composizione difettosa di siti aromatici e alifatici coesistenti, i cui costituenti elementari sono grafene, ossido di grafene e diamante, le cui proporzioni e variazioni nonché la varietà dei gruppi sulla loro superficie dipendono dall'originale materiali e le condizioni della loro sintesi.

I CD hanno mostrato una diversa biotossicità a seconda dei loro precursori e dei metodi di produzione. Nel nostro studio precedente, sono state dimostrate le proprietà neuroattive dei CD ottenuti dalla β-alanina mediante riscaldamento a microonde. Queste nanoparticelle (ad alte concentrazioni) hanno influenzato le caratteristiche chiave della neurotrasmissione inibitoria ed eccitatoria, vale a dire glutammato e acido g-amminobutirrico (GABA), nei terminali nervosi isolati del cervello di ratto27. Va sottolineato che il glutammato e il GABA sono neurotrasmettitori cruciali rispettivamente eccitatori e inibitori nel sistema nervoso centrale, il cui trasporto e l'omeostasi alterati contribuiscono alla disfunzione neuronale e alla patogenesi dei principali disturbi neurologici. In un altro studio, è stato rivelato che i CD contenenti zolfo sintetizzati dalla tiourea mostrano effetti inferiori di un terzo sul trasporto di glutammato e GABA nei terminali nervosi rispetto a quelli privi di zolfo28.