ÁREA
Química Inorgânica
Autores
Nascimento, J.S. (UFAL) ; Araujo, A.P.L. (UFAL) ; Soares, I.S. (UFAL) ; Ferro, J.N.S. (UFAL) ; Almeida, J.H. (UFAL) ; Barbosa, C.D.A.E.S. (UFAL)
RESUMO
Carbon Dots (CDs) são nanopartículas de carbono que possuem aplicações em diferentes áreas. Este estudo visa a síntese hidrotermal de CDs a partir das cascas de limão (CD-LH) aplicados na terapia fotodinâmica (TFD). Os CDs resultantes têm absorções típicas de transições π-π* e n-π*, além de emissão dependente do comprimento de onda de excitação (λex), com máximo em 450 nm sob excitação em 320 nm. A emissão é afetada pelo λex (310-510 nm) e apresenta uma deslocamento para o vermelho. A geração de oxigênio singleto (1O2), avaliada pelo teste com DPBF, demonstra valores entre 5-50% para diferentes condições de λex e potência do laser. A viabilidade celular do CD-LH é >80% até 100 μg/mL. A pesquisa destaca o potencial do CDs como fotossensibilizador na fototerapia.
Palavras Chaves
Carbon Dots; Pró-oxidante; Fototerapia
Introdução
Os Carbon Dots (CDs) são nanopartículas de carbono com tamanho inferior a 10 nm, sintetizados a partir de diferentes fontes, incluindo resíduos orgânicos e vêm sendo explorados em vários campos de pesquisas devido a sua ampla fluorescência no visível, biocompatibilidade, e métodos de sínteses sustentáveis (VARGHESE; BALACHANDRAN,2021). Sua baixa toxicidade aliada a suas propriedades multifuncionais tem permitido aplicações em diversas áreas, dentre elas as biológicas, biossensores, e na terapia fotodinâmica (TFD) contra diversas doenças e microrganismos (YUE et al,2020). A TFD caracteriza-se pela interação da luz no comprimento de onda ressonante a um fotossensibilizador (FS) que absorve os fótons e transfere energia ao oxigênio molecular (O2) presente no meio resultando em espécies reativas que podem levar ao estresse oxidativo, e consequentemente a morte celular por apoptose ou necrose (LINARES,2018). As espécies reativas de oxigênio (ROS) também desempenham um papel crucial na resposta terapêutica das feridas, e nesse aspecto é importante estabelecer um equilíbrio adequado entre os níveis de ROS (COMINO-SANZ et al,2019). As feridas são lesões ou perturbações na integridade celular, anatômica e/ou funcional da pele e mucosas causadas por diferentes tipos de agentes (AFONSO,2020). A busca por tratamentos alternativos para feridas é essencial devido ao alto custo anual de cerca de US$25 bilhões no sistema de saúde, associado a uma incidência de 6,5 milhões de casos anualmente.(HAN; CEILLEY,2017). O presente trabalho objetiva o uso do bagaço das cascas de limão como material precursor para síntese de carbon dots aplicados como agente pró-oxidante e fotossensibilizador na terapia fotodinâmica com vistas de uso no tratamento de feridas.
Material e métodos
Os CD-LH foram sintetizados por meio de um processo hidrotérmico, utilizando bagaço de limão Taiti (Citrus latifólia), conforme protocolo publicado pelo grupo de pesquisa (DOS SANTOS et al., 2020). De forma geral, 60 gramas do bagaço das cascas de limão Taiti foram misturadas a 150 mL de água deionizada. O sistema foi aquecido a 100°C sob 60 minutos, e após esse tempo a mistura foi filtrada para obtenção do extrato. Para síntese do CD-LH, 10 mL extrato foi submetido a reação hidrotermal a 180°C por 6 horas. Os CDs formados foram purificados por centrifugação a 13.000 RPM por 10 minutos e, em seguida, filtrados a vácuo usando membranas de 0,22μm. Para a obtenção da porcentagem de geração de oxigênio singleto, uma solução de trabalho de DPBF (1,3- diphenylisobenzofuran) em 50/50 (v/v) EtOH/H2O foi misturada com 100μL de carbon dots ou azul de metileno (padrão). A solução de trabalho foi colocada em uma cubeta com duas faces foscas e exposta a radiação laser constante nas potências de 50 e 80 mW em 532 nm, bem como a 5 e 50 mW em 632 nm, por 10 minutos. O laser foi posicionado a 15 cm da extremidade superior da cubeta para garantir uma exposição uniforme. Para caracterização estrutural, morfológica e óptica foram utilizadas as técnicas de microscopia eletrônica de alta resolução, espectroscopia na região do UV-Vis e Infravermelho, e espectroscopia de fotoluminescência.
Resultado e discussão
Através da análise de microscopia eletrônica de transmissão do CD-LH foi
possível observar uma morfologia esférica com tamanho médio de 5,60 ± 0,26 nm.
O espectro de FTIR, exibiu a presença dos grupos superficiais nitrogenados e
oxigenados característicos do material precursor (WANG et al, 2020),
corroborando com a literatura (Fig.1.A). O espectro de UV-vis, apresentou uma
banda de absorção na faixa de 190-250 nm, representando a transição π*-π*, e uma
absorção centrada em 285 nm, correspondente à transição n-π* referentes a
superfície do CD-LH (DING et al, 2017). (Fig.1.B). O espectro de
fotoluminescência demonstrou um padrão dependente do comprimento de onda
excitação (310-510 nm), a qual o comprimento máximo de emissão se situou em 450
nm (λexc= 330 nm), com um deslocamento da emissão para o vermelho
(Redshift), este comportamento é devido aos diferentes fluoróforos
presentes na composição superficial do CD-LH (DING et al, 2017). (fig.2.A). A
fotoestabilidade do CDs foi investigada durante 60 minutos sob irradiação UV,
obtendo menos que 10 % de atenuação da fluorescência. Os resultados de
degradação da absorção do DPBF evidenciam a produção de
(1O2) pelo CD-LH, o que pode ser explicado pela presença
dos grupos oxigenados na superfície do carbon dot (ZHOU et al, 2017). A
porcentagem de oxigênio singleto (1O2) gerada baseada na
degradação do DPBF, mostram declínios lineares do pico de absorção ao longo do
tempo, e exibiram valores de 5,0 , 25,0 , 32,0 e 50 % para 532 nm, 5 mW, 532 nm,
80 mW, 650 nm, 5 mW e 50 mW, respectivamente (fig.2.B). Ademais, o CD-LH
apresentou viabilidade celular em células de fibroblastos da linhagem HFF-1
acima de 80 % para concentrações de até 100 μg/mL.
A: FTIR CD-LH B: UV-VIS CD-LH
A: EFS amostra CD-LH B: Porcentagem(O2 singleto)
Conclusões
Neste estudo foi possível obter (CDs) derivados de resíduos carbonáceos, de baixa toxicidade e eficientes na geração de oxigênio singleto. A análise de geração de oxigênio singleto pelo CD-LH se mostrou satisfatória e promissora tendo um comportamento proporcional ao tempo de incidência e a potência do laser. Em suma, os CD-LH têm um potencial multifuncional para aplicações na terapia fotodinâmica, especialmente em tratamentos alternativos para feridas e tecidos afetados por bactérias.
Agradecimentos
Os autores expressam sua gratidão à Universidade Federal de Alagoas (UFAL), e aos órgãos de fomento CAPES, CNPq e FAPEAL, bem como ao laboratório de Materiais Luminescentes e Estudos Ambientais (LUMIAM) da UFAL.
Referências
AFONSO A.C., OLIVEIRA D, SAAVEDRA M.J, BORGES A, SIMÕES M. Biofilms in
Diabetic Foot Ulcers: Impact, Risk Factors and Control Strategies. Int J Mol Sci. 2021 Jul
31;22(15).
COMINO-SANZ, I. M., e colaboradores. The role of antioxidants on wound healing: A review of the current evidence. Journal of Clinical Medicine, v. 10, n. 16, p. 3558, 2021.
DOS SANTOS, A. B. e colaboradores. Resíduo de fruta cítrica como precursor de Carbon dots:um estudo de reprodutibilidade. Scientia Plena, v. 16, n. 2, p. 1–9, 2020.
DING, H. e colaboradores. Surface states of carbon dots and their influences on luminescence.
Journal of Applied Physics, v. 127, n. 23, p. 231101, 2020.
HAN, G.; CEILLEY, R. Chronic wound healing: a review of current management and
treatments. Advances in therapy, 2017.
LINARES, I. A. P. Síntese, caracterização estrutural, fotofísica e químico-biológica de novas
clorinas visando aplicação em Terapia Fotodinâmica. 2018. Tese (Doutorado em Química
Orgânica e Biológica) - Instituto de Química de São Carlos, Universidade de São Paulo, São
Carlos, 2018. doi:10.11606/T.75.2018.de-23082018-152608. Acesso em: 2023- 19-08.
VARGHESE, M.; BALACHANDRAN, M. Antibacterial efficiency of carbon dots against
Gram-positive and Gram-negative bacteria: A review. Journal of Environmental Chemical
Engineering, v. 9, n. 6, p. 106821, 2021.
WANG, L. e colaboradores. Full-color fluorescent carbon quantum dots. Science Advances, v.
6, n. 40, p. 1–9, 2020.
YUE, L. e colaboradores. Red-emissive ruthenium-containing carbon dots for bioimaging and
photodynamic cancer therapy. ACS Applied Nano Materials, v. 3, n. 1, p. 869-876, 2020.
ZHOU, Y. e colaboradores. How functional groups influence the ROS generation and
cytotoxicity of graphene quantum dots. Chemical Communications, v. 53, n. 76, p. 10588-
10591, 2017.
