Green synthesis of bioactive nanoparticles in algae from North Portugal

Abstract

In recent years, the development of efficient green methods for synthesis of metal nanoparticles has emerged as an eco-friendly alternative for production of well-characterized nanoparticles instead of chemical processes which are more expensive and pollutant. Among the diverse techniques, plants, bacteria and fungi can be used in the synthesis. In a project focused on the green synthesis of new nanomaterials with biomedical application, the brown marine algae Cystoseira baccata was chosen as target specie for obtaining gold nanoparticles with antitumor activity. An efficient method for the biosynthesis of gold nanoparticles using C. baccata extract was developed by the research group led by Professor Maria C. Rodríguez-Argüelles (Vigo University, Spain) however further studies were necessary to clarify effects of the green synthesized gold nanoparticles in advanced in vitro and in vivo models to confirm them as effective, but non-toxic tools, for cancer therapies. Interestingly, a different species of Cystoseira is found in specific areas of coastal Northern Portugal, the Cystoseira tamariscifolia. Gold nanoparticles were produced using this specie, guided by the same protocol used with C. baccata and, similar toxicity and bioactivity studies were performed in order to understand if different members of the genus are capable of producing similar nanoparticles through green biosynthesis and evaluate its biocompability. To assess cell viability, MTT assay was performed, for cell proliferation the wound-healing assay was carried out and lastly, for in vivo evaluation, ZET assay was executed. The use of zebrafish embryos allowed to obtain toxicology data in complex organisms quickly and efficiently, permitting to conclude on multiple parameters at once. Finally, the results from the two algae extracts and derived nanoparticles were compared.

Nos últimos anos, o desenvolvimento de métodos eficientes de “síntese verde” para a síntese de nanopartículas metálicas emergiu como uma alternativa ambientalista para a produção de nanopartículas bem caracterizadas, em vez dos processos químicos atuais que são mais caros e poluentes. Dentro das várias técnicas, plantas, bactérias e fungos podem ser usados na síntese. Num projeto focado na biossíntese de novos nanomateriais com aplicação biomédica, a alga marinha castanha Cystoseira baccata foi escolhida como espécie-alvo para obtenção de nanopartículas de ouro com atividade anti tumoral. Um método eficiente para a biossíntese de nanopartículas de ouro usando o extrato de C. baccatta foi desenvolvido pelo grupo de pesquisa liderado pela professora Maria C. Rodríguez-Argüelles (Universidade de Vigo, Espanha), contudo estudos adicionais são necessários para esclarecer os efeitos das nanopartículas de ouro produzidas por síntese verde podem ter em modelos in vitro e in vivo como alternativas eficazes mas não tóxicas para terapias contra o cancro. Curiosamente, uma espécie diferente de Cystoseira é encontrada em áreas específicas da costa norte de Portugal, a Cystoseira tamariscifolia. Nanopartículas de ouro foram produzidas nesta espécie, utilizando o mesmo protocolo usado com a C. baccata e, estudos semelhantes de toxicidade e bioatividade foram realizados para entender se todos os membros do género são capazes de produzir nanopartículas semelhantes com a biossíntese verde e avaliar a sua biocompatibilidade. Para avaliar a viabilidade celular, foi realizado o ensaio MTT, para a proliferação celular, foi realizado o ensaio “wound-healing” e, por fim, para avaliação in vivo, foi realizado o ensaio ZET. O uso de embriões de peixe-zebra permitiu obter dados toxicológicos em organismos complexos de maneira rápida e eficiente, permitindo concluir vários parâmetros ao mesmo tempo. Finalmente, foram comparados os resultados dos dois extratos de algas e as suas respetivas nanopartículas.