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 85oC FeCl3 + 6H2O + FeCl2 . 4H2O + NH4OH -------------- 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

Culturas de Fusarium spp Cultura em meio líquido (YM) 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 Cultura em meio líquido (YM) 0,017/10-3 M de AgNO3 72 Horas 12 Horas Biomassa em água destl. Solução coloidal de reação Caldo fungal

Nanopartículas de prata. 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 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 . No caldo, foram introduzindo,017/10-3 M de AgNO3 Nanopartículas de prata. Souza et al. 58º SBPC, Florianopolis (2006)

Utilizando as nanopartículas da melhor linhagem Impregnação em tecido têxtil para atividade biocida Poliéster Algodão 100% 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/60mL 100mL/100mL 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 Fusarium produtoras de nanopartículas de prata. Souza et al. 58º SBPC, Florianopolis, S.C. (2006)

Silver nanoparticles Size: 1,6 nm (biosynthesis) Silver nanoparticles (Chemical synthesis) Durán et al. J. Nanobiotechnol. 2005

a b Amostras centrifugadas Impregnação das nanopartículas em a) algodão e b) polyester Amostras centrifugadas MEV do extrato líquido Espectro UV-VÍS

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 Poliéster impregnado com nps.

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.

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).

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. TGF-beta IL-10 IL-6  ND ▄ No treatment ▲ SSD VGEF IFN-gama IL-6 aumenta inflamação TGF-beta auenta inflamação Il-10regula citokinas VGEF (vascular endotelial growth factor) promove cicatrização IFN-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 MATERIAS PARA FERIMENTOS

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

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 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

AND NEGLECTED DISEASES SILVER NANOPARTICLES AND NEGLECTED DISEASES

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 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 Durán et al. Patente submetida (2007)

ACNE

AGRADECIMENTOS REDE NANOTUB0S DE CARBONO CNPq/MCT CNPq/MCT