Evaluación de la Actividad Antimicrobiana de Puntos Cuánticos de Carbono Derivados de los Subproductos del Fruto de sacha inchi (Plukenetia volubilis L.)
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Resumen en español
Introducción: Las enfermedades infecciosas son una amenaza constante para la salud humana, agravada por el fenómeno de resistencia microbiana a los antibióticos de uso clínico. Esta situación ha impulsado la búsqueda de nuevos agentes antimicrobianos que puedan ser alternativos o complementarios a los tratamientos convencionales. Recientemente, nanomateriales como los puntos cuánticos de carbono (QDs) han sido propuestos en el tratamiento de enfermedades infecciosas ya que permiten la obtención de imágenes, uso como biomarcadores, detección e inhibición microbiana (bactericida) por sus propiedades ópticas, sus superficies químicas susceptibles a modificaciones y gran biocompatibilidad. Estos materiales pueden obtenerse de fuentes naturales de carbono como la biomasa residual de la actividad agroindustrial, como por ejemplo la cadena productiva de la sacha inchi (Plukenetia volubilis L.), contribuyendo así a las distintas estrategias de manejo integral de residuos. Sacha inchi es una especie oleaginosa de interés económico en nuestro país cuya semilla rinde un aceite nutritivo de tipo exportación. Del proceso de beneficio de la planta, se generan como residuos las cápsulas del fruto y las testas de la semilla, cuya biomasa representa más del 30% en masa del fruto y constituye un material biológico aprovechable para la generación de materiales funcionales como los QDs. Objetivos: Obtener dos muestras de puntos cuánticos de carbono a partir de las cápsulas y testas del fruto de sacha inchi (Plukenetia volubilis L.) y determinar su actividad antimicrobiana contra microorganismos de interés clínico como E. coli y S. aureus. Materiales y Métodos: Las muestras de puntos cuánticos (QDs) a partir de las cápsulas y testas de sacha inchi, se sintetizaron en un reactor hidrotermal a una temperatura de 180 °C y una presión de 40 bar durante 2 h. Posteriormente, se realizó la caracterización de los nanomateriales mediante espectroscopía infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) y Ultravioleta-visible (UV-vis) y se evaluó su actividad antimicrobiana contra microorganismos de interés clínico como E. coli y S. aureus mediante el método de microplaca estipulado en el Instituto de Normas Clínicas y de Laboratorio (CLSI). Resultados y Discusión: Se obtuvieron dos soluciones de QDs a partir de las cápsulas (QDs-C) y de las testas (QDs-T) del fruto de sacha inchi, ambas con emisión de fluorescencia de color azul. La caracterización química de los nanomateriales por UV-vis presentó bandas de absorción similares centradas en 350 y 340 nm para QDs-T y QDs-C, que denotan la presencia de compuestos con dobles enlaces y la presencia de heteroátomos. El espectro FTIR de los QDs mostró la presencia de grupos hidroxilo (-OH) propios de grupos ácidos(-COOH) y alcoholes (R-OH) o grupos amino (R-NH2), enlaces C-H y enlaces C=O. Para la actividad antimicrobiana, QDs-C y QDs-T presentaron una MIC de 1.25 mg/mL contra S. aureus. QDs-C a una concentración de 1.25 mg/mL inhibió el crecimiento de E. coli observándose valores de 0,4 en la absorbancia durante las primeras 20 horas, QDs-T no inhibieron a E. coli en ninguna de las concentraciones evaluadas y gentamicina presentó una MIC de 1.93x10-3 y 9.68x10-3 mg/mL para E. coli y S. aureus respectivamente. Conclusiones: en este trabajo de grado se obtuvieron puntos cuánticos a partir del tratamiento hidrotermal de la biomasa residual de las cápsulas (QDs-C) y testas (QDs-T) del fruto de sacha inchi, y se evaluó su potencial como agentes antimicrobianos contra microorganismos de interés clínico como S. aureus. y E. coli. De las dos soluciones de puntos cuánticos obtenidas, QDs-C y QDs-T presentaron una MIC de 1.25 mg/mL contra S. aureus. y solamente QDs-C inhibió el crecimiento de E. coli a una concentración de 1.25 mg/mL. Estos resultados permiten evidenciar el potencial de estos nanomateriales como posibles agentes antimicrobianos alternativos o complementarios a los agentes antimicrobianos convencionales.
Resumen en ingles
Introduction: Infectious diseases are a constant threat to human health, aggravated by the phenomenon of microbial resistance to antibiotics in clinical use. This situation has prompted the search for new antimicrobial agents that can be alternative or complementary to conventional treatments. Recently, nanomaterials such as carbon quantum dots (QDs) have been proposed in the treatment of infectious diseases as they allow imaging, detection and microbial inactivation due to their optical properties, chemical surfaces susceptible to modification and high biocompatibility. These materials can be obtained from natural carbon sources such as residual biomass from agricultural activities. Objectives: To obtain two carbon quantum dot samples from sacha inchi (Plukenetia volubilis L.) fruit capsules and testes and to determine their antimicrobial activity against microorganisms of clinical interest such as E. coli and S. aureus. Objectives: To obtain two carbon quantum dot samples from the capsules and testes of the sacha inchi fruit (Plukenetia volubilis L.) and to determine their antimicrobial activity against microorganisms of clinical interest such as E. coli and S. aureus. Materials and Methods: In the present work we present the obtaining of two samples of quantum dots (QDs) from the capsules (QDs-C) and testas (QDs-T) of sacha inchi. The QDs were synthesized by means of a hydrothermal reactor at a temperature of 180 °C and a pressure of 40 bar during 2 h. At the end of the process, the functional groups were characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), the Ultraviolet-visible (UV-vis) spectra were determined and their antimicrobial activity against microorganisms of clinical interest such as E. coli and S. aureus was evaluated. Results and Discussion: The obtained QDs exhibited luminescent properties with blue fluorescence emission. The chemical characterization of the nanomaterials by UV-vis presented similar absorption bands centered at 350 and 340 nm for QDs-T and QDs-C, denoting the presence of compounds with double bonds and the presence of heteroatoms. The FTIR spectra of the QDs showed the presence of hydroxyl groups (-OH) typical of acidic groups(-COOH) and alcohols (R-OH) or amino groups (R-NH2), C-H bonds and C=O bonds. For antimicrobial activity, QDs-C and QDs-T presented a MIC of 1.25 mg/mL against S. aureus. QDs-C at a concentration of 1.25 mg/mL inhibited the growth of E. coli with absorbance values of 0.4 during the first 20 hours, QDs-T did not inhibit E. coli at any of the concentrations evaluated and gentamicin presented a MIC of 1.93x10-3 and 9.68x10-3 mg/mL for E. coli and S. aureus, respectively. Conclusions: Quantum dots were obtained from the residual biomass of sacha inchi fruit capsules and testes. UV-vis and FTIR spectra revealed the presence of hydrophilic groups (-OH, -COOH R-NH2). Likewise, QDs-C and QDs-T exhibited antimicrobial inhibition against S. aureus, but not against E. coli.