RO138194A2 - Caracterizarea şi procedeul de obţinere a nanoparticulelor de oxid de fier cu lactobacillus fermentum - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de obţinere a unor nanoparticule de α-Fe2O3 cu aplicaţii în domeniul medical. Procedeul, conform invenţiei, constă în etapele: biosinteza nanoparticulelor de oxid de fier prin cultivare a bacteriei probiotice Lactobacillus fermentum împreună cu un precursor de fier de tip acetilacetonat de fier, izolarea dispersiei de biomasa celulară şi purificarea din mediul de cultivare prin ultrasonificare şi stabilizarea acestora într-un mediu lichid, rezultând nanoparticule de oxid feric cu structură de tip hematit α-Fe2O3, cu dimensiune a nanoparticulei de aproximativ 10 nm şi formă sferică, o concentraţie de fier de 1,062 mg/ml, având o biodisponibilitate mare prin creşterea gradului de absorbţie al fierului în organism.

Description

CARACTERIZAREA ȘI PROCEDEUL DE OBȚINERE A NANOPARTICULELOR DE OXID DE FIER CU LACTOBACILLUS FERMENTUM

DESCRIEREA INVENȚIEI

Această invenție face obiectul unei noi soluții coloidale de nanoparticule de oxid de fier, cu dimensiune controlată și monodisperse, și utilizarea acesteia în aplicațiile biomedicale și fotocatalitice. Invenția este reprezentată de nanoparticule de oxid de fier cu structură spinelică, Fe₃O4 și respectiv perovskitică, Fe2O₃ (1-3).

Diversitatea metodelor de obținere, printre care: precipitarea, metoda solvotermală, hidrotermală, metoda combustiei, sol-gel, ablația sau piroliza laser, precum și caracteristicile morfologice și structurale pe care le prezintă aceste nanomateriale magnetice sunt prezentate în brevetele EP1812336B1, EP2704992B1, ROI26395A2, ES2666704A1.

In scopul obținerii unor nanoparticule de oxid de fier biocompatibile, cu o toxicitate redusă, ecologice, se utilizează metodele de sinteză biologice. Abordările se bazează pe utilizarea extractelor de plante sau a compușilor microbiologici, având o capacitate reducătoare în conectarea cu precursorii de fier. în bacterii, unele enzime extracelulare (celulaza, xilanaza, pectinaza, și lactaza) prezintă proprietăți redox excelente. Acestea se comportă ca un nanoreactor biologic, acționând prin transferul de electroni în reducerea ionilor metalici pentru a forma nanoparticule și stabilizându-le și ca agent de acoperire.

Utilizarea acestor nanoparticule în aplicații biomedicale reprezintă o provocare deoarece, biodisponibilitatea cea mai mare a fierului spre absorbție este reprezentată de forma Fe2O₃. Faza Fe2O₃ este o fază extrem de rară printre oxizii de fier. Prin utilizarea bacteriei probiotice Lactobacillus fermentum în metoda de sinteză a nanoparticulelor de oxid de fier nu mai este necesară adăugarea unui alt compus pentru schimbarea formei fierului. Valența fierului este redusă direct de microorgnism de la Fe³⁺ la Fe²⁺ datorită conținutului acesteia de acid p-hidroxifenil lactic. Mai mult decât atât, aceste bacterii sunt foarte promițătoare pentru domeniul medical, deoarece, în primul rând, nanoparticulele atașate bacteriilor prezintă o dimensiune redusă (~10 nm) și o formă sferică. în al doilea rând, bacteriile probiotice sunt componente ale microbiotei intestinale și pot supraviețui sucurilor gastrice, fiind un purtător către tractul gastro-intestinal. Prin utilizarea nanoparticulelor de oxid de fier sintetizate cu L. fermentam se obține forma Fe₂O3, asigurându-se astfel o biodisponibilitate mai mare a fierului spre absorbție în organism.

în prezenta invenție, originalitatea se datorează formulării unor noi tipuri de nanoparticule de oxid de fier împreună cu probiotice, care acoperă un segment de piață sensibil în domeniul medical cum sunt persoanele anemice.

Modul de obținere a nanoparticulelor de oxid de fier sintetizate cu L. fermentum

Nanoparticulele de oxid de fier prezintă o largă aplicabilitate în diferite domenii (industria medicală, industria farmaceutică, industria alimentară) ca potențiali catalizatori pentru o nouă revoluție științifică și tehnologică.

Etapele principale care au dus la concretizarea prezentei invenții au fost următoarele: (1) selectarea precursorului de fier pentru sinteză, (2) cultivarea tulpinii selectate împreună cu precursorul de fier în vederea sintezei, (3) izolarea și purificarea biomasei din mediul de cultivare, (4) distrugerea membrane celulare în vederea eliberării nanoparticulelor de oxid de fier, și (5) caracterizarea nanoparticulelor obținute.

(1) în urma verificării precursorilor de fier s-a ales acetilacetonat de fier, Fe(C5H?O₂)₃ datorită proprietății sale de catalizator eficient pentru acetilarea chimio-selectivă, cu randamente ridicate de obținere a nanoparticulelor și datorită patogenicității reduse asupra tulpinii microbiene.

(2) Nanoparticulele de oxid de fier s-au obținut prin fermentarea bacteriei probiotice L. fermentum (10⁸cfu/ml) împreună cu Fe(C5H?O₂)₃ la o concentrație de 200 mg/L. Procedeul a avut loc sub agitare continuă într-un incubator la temperatura de 37 °C, timp de 48h.

(3) La finalul procesului de fermentație, dispersia de biomasa celulară obținută a fost centrifugată în mai multe reprize, pentru izolare de mediul de cultură și stabilizată prin mai multe spălări cu H₂O distilată.

(4) Nanoparticulele de oxid de fier au fost separate de membranele celulare printr-un proces de ultrasonificare, eliberandu-se astfel nanoparticulele. Ultrasonificarea s-a efectuat pe un volum de 25 ml soluție de biomasă și apă distilată la o putere de 500 W, amplitudine 50%, cu 2 impulsuri/min.

(5) Caracterizarea structurală a probelor de oxid de fier obținute, s-a realizat prin Difracție de Raze X (XRD), observându-se astfel că difractograma probei prezintă linii de difracție corespunzătoare structurii hexagonale de tip hematii a Fe₂O3 (a-Fe₂Ch). Formarea oxidului feric, Fe₂Ch poate fi explicată prin oxidarea totală în cadrul procesului de fermentație a ionului de fier divalent datorită conținutului de acid phidroxifenil lactic al bacteriei. Dimensiunea medie a cristalitelor a fost calculată cu ajutorul formulei lui Scherrer, remarcându-se astfel un grad de cristalizare micdcristaiite~10 nm. Natura chimică a nanoparticulelor sintetizate a fost investigată prin măsurători de spectroscopie FTIR, iar spectrele înregistrate sunt în acord cu datele din literatură, care prezintă două benzi apropiate ca intensitate, între 410 și 620 cm'¹ pentru a-Fe₂Ch. Analizele structurale și de natură chimică au fost completate de cele morfologice prin investigațiile de microscopie electronică în transmisie concretizate în imaginile TEM, identificându-se formațiuni pseudo-poliedrice, ușor aciculare. Soluția finală a avut o concentrație de fier de 1.062 mg/mL.

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje:

datorită caracteristicilor electronice, optice și magnetice, nanoparticulele de oxid de fier prezintă potențial aplicativ în multe domenii, cum ar fi biomedicina, nanobiotehnologie, știința materialelor, chimie și fizică.

Prin metoda de sinteză se mărește biodisponibilitatea și se reduce gradul de toxicitate. Obținerea nanoparticulelor de tip hematii a-Fe₂O3 crește gradul de absorbție al fierului în organism.

Claims (4)

1. \ *

   REVENDICĂRI

   1. Prin prezenta invenție se revendică procedeul de obținere a nanoparticulelor a -Fe20a cu aplicabilitate în domeniul medical, caracterizat printr-o sinteză ce implică utilizarea probioticului Lactobacillus fermentum.
2. 2. Faptul că nanoparticulele obținute reprezintă un nou tip de compus utilizabil pentru anemie.
3. 3. Revendicăm de asemnea faptul că acet tip de nanoparticule prezintă o biodisponibilitate crescută.
4. 4. Revendicăm de asemnea faptul că acet tip de nanoparticule prezintă o citotoxicitate redusă.