Nanoparticule verzi de oxid de ceriu încărcate cu cidofovir: interacțiunea cu acizii nucleici și potențial anticancerigen extins

Un studiu publicat la 6 noiembrie 2025 în revista Oncotarget de către cercetători de la Universitatea Razi și Universitatea de Științe Medicale Kermanshah, Iran, a descris sinteza „verde” a nanoparticulelor de oxid de ceriu (CeO₂ NPs) utilizând extract din coajă de gutuie (Cydonia oblonga) ca agent reducător și stabilizator natural. Aceste nanoparticule au fost ulterior funcționalizate cu cidofovir (CDV) – un agent antiviral cu acțiune asupra virusurilor ADN – pentru obținerea unui sistem terapeutic cu potențial anticancerigen și antiviral combinat.

Context

Nanoparticulele de oxizi metalici (MO-NPs) reprezintă un domeniu emergent în nanotehnologie, datorită proprietăților lor catalitice, magnetice și biologice. Nanoceria (CeO₂), prin capacitatea sa de a oscila între stările redox Ce⁴⁺/Ce³⁺, prezintă activități antioxidante, antiinflamatorii și antitumorale, fiind investigată în contextul bolilor neurodegenerative și oncologice.

Totuși, majoritatea metodelor de sinteză a nanoparticulelor implică agenți chimici toxici, improprii pentru utilizări biomedicale. Prin urmare, abordările „verzi” — bazate pe extracte vegetale — au devenit tot mai atractive. În cazul de față, extractul din coajă de gutuie, bogat în flavonoide și acizi cafeoilchinici, a acționat ca reducător și agent de capping natural, conferind nanoparticulelor biocompatibilitate și stabilitate superioară.

Cidofovirul, un analog nucleotidic utilizat împotriva virusurilor ADN, inclusiv papilomavirusului uman (HPV), prezintă și activitate antineoplazică prin incorporarea în ADN-ul celular și inducerea de rupturi duble ale catenei. Studiul a investigat dacă ancorarea sa pe nanoceria obținută ecologic amplifică aceste efecte printr-o interacțiune directă cu acizii nucleici și o creștere a citotoxicității selective asupra celulelor tumorale.

Despre studiul actual

Metodologia de sinteză

• Ce(NO₃)₃·6H₂O a fost amestecat cu extract de coajă de gutuie și menținut la 80°C timp de 20 de ore, formând un precipitat galben-brun, ulterior calcinat la 400°C pentru obținerea CeO₂ NPs.

• Nanoparticulele au fost încărcate cu cidofovir prin amestec la temperatura camerei timp de 24 de ore, urmat de centrifugare.

• Eficiența de încărcare a fost determinată spectrofotometric la 249 nm, rezultând o încărcare de aproximativ 30%.

Caracterizare fizico-chimică

• Analizele FT-IR, UV-Vis, TEM, SEM-EDX, DLS și zeta potential au confirmat succesul sintezei și al funcționalizării.

• Nanoparticulele au prezentat o dimensiune medie de 128,4 nm (CeO₂) și 261,2 nm (CDV–CeO₂), iar potențialul zeta de −33,5 mV indică o stabilitate coloidală ridicată.

• În imaginile TEM s-a observat o structură de tip miez–coajă, în care CeO₂ formează nucleul, iar cidofovirul învelește suprafața.

Rezultate

1. Citoactivitate asupra celulelor MCF-7

Efectele citotoxice au fost testate pe linia celulară de carcinom mamar MCF-7 utilizând testul MTT.

• La 64 μg/mL, mortalitatea celulară a fost:

  • 49,85% pentru CeO₂ NPs,

  • 71,65% pentru CDV,

  • 97,10% pentru CDV–CeO₂ NPs.

• Valorile IC₅₀:

  • CeO₂ NPs: 40,11 μg/mL

  • CDV: 21,83 μg/mL

  • CDV–CeO₂ NPs: 4,46 μg/mL, semnificativ mai mică (≈17 ori mai potentă decât alte nanocarrieri similare, precum γ-Fe₂O₃@SiO₂–CDV).

Rezultatele indică o sinergie marcată între nanoparticule și medicamentul antiviral, ceea ce sugerează o creștere substanțială a eficienței anticancerigene prin mecanisme de livrare țintită și stabilitate moleculară crescută.

2. Interacțiunea cu acizii nucleici (ADN și ARN)

Spectroscopie UV–Vis

• Adăugarea CDV–CeO₂ NPs la ADN și ARN a produs hipocromism și puncte izosbestice, indicând formarea unor complexe stabile între nanoparticule și acizii nucleici.

• Constantele de asociere (Kb):

  • ADN: 3,63 × 10³ g/mL,

  • ARN: 1,26 × 10³ g/mL, evidențiind o afinitate mai mare pentru ADN.

Studii de fluorescență

• În sistemele ADN–Acridină Orange (AO) și ADN–Hoechst (HO), fluorescența a scăzut progresiv la adăugarea CDV–CeO₂ NPs, indicând intercalarea parțială a nanoparticulelor în helixul ADN și ocuparea șanțului minor.

• Pentru ARN, interacțiunea a fost mai slabă, datorită geometriei șanțului minor mai puțin adânc.

Analiză Stern–Volmer și termodinamică

• Pentru ARN, valorile Ksv au scăzut odată cu creșterea temperaturii, confirmând un mecanism de stingere static (formare de complex în starea fundamentală).

• Pentru ADN, creșterea Ksv la temperaturi ridicate sugerează stingere dinamică, cu formare de complexe instabile în stare excitată.

• Valorile negative ale ΔG⁰ (−19,9 până la −36 kJ/mol) confirmă o interacțiune spontană, iar valorile pozitive ale ΔH⁰ și ΔS⁰ arată predominanța interacțiunilor hidrofobe în stabilizarea complexelor.

Concluzii

Studiul demonstrează că:

• Sinteza verde a nanoparticulelor de CeO₂ folosind extract de coajă de gutuie este o metodă ecologică, eficientă și reproductibilă.

• Funcționalizarea cu cidofovir produce un sistem nano-bio-hibrid cu activitate anticancerigenă amplificată (IC₅₀ = 4,46 μg/mL) și afinitate puternică pentru ADN, ceea ce poate favoriza acțiunea antivirală și antineoplazică simultană.

• Interacțiunile cu acizii nucleici sunt guvernate de mecanisme termodinamice favorabile și indică posibilitatea utilizării CDV–CeO₂ NPs ca agenți chimioterapeutici cu dublă funcție.

Autorii concluzionează că aceste nanoparticule pot constitui o platformă promițătoare pentru terapii anticancer și antivirale, însă subliniază necesitatea unor studii suplimentare in vivo și analize farmacocinetice detaliate pentru validarea aplicabilității clinice.