Javascript está actualmente deshabilitado en su navegador.Varias características de este sitio no funcionarán mientras javascript esté deshabilitado.acceso abierto a la investigación científica y médicaRevistas científicas y médicas de acceso abierto revisadas por pares.Dove Medical Press es miembro de la OAI.Reimpresiones masivas para la industria farmacéutica.Ofrecemos beneficios reales a nuestros autores, incluido el procesamiento rápido de artículos.Registre sus detalles específicos y medicamentos específicos de interés y compararemos la información que proporcione con los artículos de nuestra extensa base de datos y le enviaremos copias en PDF por correo electrónico de inmediato.Volver a Revistas » International Journal of Nanomedicine » Volumen 12Autores Charbgoo F, Ahmad MB, Darroudi MPublicado el 20 de febrero de 2017 Volumen 2017:12 Páginas 1401—1413DOI https://doi.org/10.2147/IJN.S124855Revisión por revisión por pares anónimos únicosEditor que aprobó la publicación: Dr. Thomas J WebsterFahimeh Charbgoo,1 Mansor Bin Ahmad,2,* Majid Darroudi3,* 1Departamento de Biotecnología Farmacéutica, Facultad de Farmacia, Universidad de Ciencias Médicas de Mashhad, Mashhad, Irán;2Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universiti Putra Malaysia, Serdang, Selangor, Malaysia;3Centro de Investigación de Medicina Nuclear, Universidad de Ciencias Médicas de Mashhad, Mashhad, Irán *Estos autores contribuyeron igualmente a este trabajo Resumen: Las nanopartículas (NP) de CeO2 han mostrado enfoques prometedores como agentes terapéuticos en biología y ciencias médicas.Las propiedades fisicoquímicas de las NP de CeO2, como el tamaño, el estado de aglomeración en líquido y la carga superficial, juegan un papel importante en las interacciones finales de la NP con las células diana.Recientemente, las CeO2-NP se han sintetizado a través de varios métodos biodirigidos aplicando matrices naturales y orgánicas como agentes estabilizadores para preparar CeO2-NP biocompatibles, resolviendo así los desafíos relacionados con la seguridad y brindando la situación adecuada para su uso efectivo en biomedicina.Esta revisión analiza las diferentes estrategias verdes para la síntesis de CeO2-NPs, sus ventajas y los desafíos que deben superarse.Además, esta revisión se centra en el progreso reciente en la aplicación potencial de las NP de CeO2 en los campos biológico y médico.La explotación de CeO2-NP biocompatibles puede mejorar los resultados profundamente con la promesa de una terapia neurodegenerativa eficaz y múltiples aplicaciones en nanobiotecnología.Palabras clave: nanopartículas de óxido de cerio, síntesis verde, biocompatibilidad, superficie Ce3+, tamaño, morfologíaLas nanopartículas (NP) de CeO2 han recibido mucha atención en la nanotecnología debido a sus útiles aplicaciones como catalizadores, pilas de combustible y antioxidantes en sistemas biológicos.1–5 En general, el cerio puede existir en dos estados de oxidación: Ce3+ y Ce4+.Por lo tanto, el dióxido de cerio puede tener dos formas de óxido diferentes, CeO2 (Ce4+) o Ce2O3 (Ce3+), en material a granel.4,6 En la nanoescala, la red de óxido de cerio tiene una estructura de fluorita cúbica, y tanto Ce3+ como Ce4+ pueden coexistir en su superficieLa deficiencia de carga debida a la presencia de Ce3+ se compensa con la vacante de oxígeno en la red;por lo tanto, las NP de CeO2 contienen defectos de oxígeno intrínsecos.7 Estos defectos de oxígeno son en realidad sitios de reacciones catalíticas.La concentración de defectos de oxígeno aumenta con la reducción del tamaño de las partículas.8 Por lo tanto, las NP de CeO2 tienen propiedades redox mejoradas con respecto a los materiales a granel.Además, la presencia de un estado de valencia mixto juega un papel importante en la eliminación de especies reactivas de oxígeno y nitrógeno.Se ha descubierto que las CeO2-NP son eficaces contra las patologías asociadas con el estrés oxidativo crónico y la inflamación.Recientemente, también se ha informado que las CeO2-NP tienen propiedades multienzimáticas, que incluyen superóxido oxidasa, catalasa y oxidasa, y propiedades miméticas, y se han convertido en un material fascinante en campos biológicos, como en bioanálisis,9–14 biomedicina15 y administración de fármacos.16 ,17 Estas aplicaciones se derivan de la rápida transición del estado de oxidación entre Ce3+ y Ce4+.6 La relación superficial Ce3+:Ce4+ está influenciada por el microambiente.Por lo tanto, el microambiente y el método de síntesis adoptado también juegan un papel importante en la determinación de la actividad biológica y la toxicidad de las NP de CeO2.Las NP de CeO2 se han preparado a través de varias rutas y métodos de síntesis que incluyen precipitación en solución,18 sonoquímicos,19 hidrotérmicos,20 solvotérmicos,21 molienda de bolas,22 descomposición térmica,23 pirólisis por aspersión,24 hidrólisis térmica25 y métodos sol-gel. 26–28 Sin embargo, la aplicación de los métodos mencionados enfrenta varios inconvenientes, como el uso de solventes y reactivos tóxicos, alta temperatura y presión, y el requisito de aditivos externos como agentes estabilizadores o protectores durante la reacción.Como las propiedades fisicoquímicas de las NP dependen principalmente del procedimiento de síntesis, el método de síntesis de las NP para aplicaciones biológicas es muy importante.Las propiedades físicas (tamaño, carga superficial, estado de aglomeración en líquido y recubrimiento o contaminación residual del surfactante en la superficie) de las NP influyen principalmente en las interacciones en la interfaz nano-bio.29 Además, la relación superficial Ce3+:Ce4+ (propiedad química) también influye la biocatálisis y las interacciones biológicas.La manipulación de la relación Ce3+:Ce4+ de la superficie se puede lograr controlando su método de síntesis.30 Sin embargo, recubrir las NP con polímeros biocompatibles/orgánicos aumenta la dispersión/estabilidad, disminuye las interacciones no específicas con células y proteínas, aumenta el tiempo de circulación sanguínea y reduce la toxicidad de los NP.31Los biomateriales poseen grupos funcionales como –COOH, –OH y –NH2, y tienen el potencial de estabilizar y/o tapar iones metálicos para la preparación de varias NP a través de métodos de química verde.Recientemente, las NP de CeO2 se han sintetizado a través de varios métodos biodirigidos aplicando matrices naturales y orgánicas como agentes estabilizadores para preparar NP de CeO2 biocompatibles y resolver los desafíos para usar de manera segura y efectiva este óxido metálico con fines biomédicos.27,28, 32 En la primera parte de la revisión, discutimos la literatura sobre diferentes métodos de síntesis verde de CeO2-NP (Tabla 1).A continuación, discutimos el efecto de estos CeO2-NP en la reducción de su citotoxicidad en el entorno biológico.Finalmente, se presenta una breve revisión sobre las actualizaciones de la potencial aplicación biológica de las NPs de CeO2.Tabla 1 Métodos de síntesis verde de CeO2-NPs Abreviaturas: EW, clara de huevo;NP, nanopartículas.Enfoques ecológicos para la síntesis de CeO2-NPSíntesis mediada por plantas de CeO2-NPLa fitosíntesis de NP de metal y óxido de metal es un nuevo problema emergente en nanociencia y tecnología.33 Recientemente, se informó la fitosíntesis de NP de CeO2 utilizando diferentes plantas, como Gloriosa superba, Acalypha indica e incluso extracto de hoja de planta de Aloe vera (Figura 1). 33–35 Los extractos de plantas actuaron como agentes estabilizadores y protectores en el proceso de síntesis de CeO2-NP.Al investigar los efectos biológicos de las NP fitosintetizadas, se examinó la actividad antibacteriana de las mismas.Los resultados mostraron que los tamaños de cristal más pequeños con un área de superficie más alta conducían a una mayor actividad antibacteriana.Estos informes aplicaron métodos biodirigidos de síntesis de CeO2-NP.Sin embargo, las nanopartículas sintetizadas eran generalmente de un tamaño tan grande que, según la literatura, no eran apropiadas para aplicaciones biomédicas.1,36 Recientemente, también se ha observado la biosíntesis de NP utilizando levaduras y hongos.Munusamy et al habían explicado la síntesis rápida y extracelular de NP de óxido de cerio usando medios de cultivo del hongo Curvularia lunata.37 Las NP sintetizadas tenían una estructura cúbica y exhibieron efectos antibacterianos contra diferentes tipos de bacterias. células de algasLas NPs de CeO2 no internalizadas parecen mostrar efectos tóxicos por la unión directa de las NP de CeO2 a las paredes celulares de algas y bacterias.38–41 Se han sugerido varios mecanismos para demostrar cómo las NP de CeO2 en contacto con la membrana pueden ejercer citotoxicidad.Las NPs de CeO2 podrían interferir con las funciones de transporte de nutrientes de la membrana,39 causar daño mecánico y ruptura de la membrana42,43 o generar especies reactivas de oxígeno (ROS) e inducir estrés oxidativo.38–40 La generación de ROS, muy probablemente peróxido de hidrógeno, por CeO2-NPs está de acuerdo con las observaciones señaladas por Xia et al44 y Zhao et al.45 El peróxido de hidrógeno es capaz de difundirse libremente a través de las paredes y membranas celulares, induciendo daño celular.Figura 1 Representación esquemática del método basado en Gloriosa superba para la síntesis de nanopartículas de óxido de cerio.En consecuencia, la micosíntesis de CeO2-NP mostró ventajas, incluida la manejabilidad, la rentabilidad y el uso de técnicas que consumían menos tiempo y requerían menos energía,46 y, por lo tanto, pueden utilizarse como una alternativa económica y valiosa para la producción a gran escala. de CeO2-NP.Además, las CeO2-NP micosintetizadas tenían más estabilidad, dispersabilidad en agua y propiedades de alta fluorescencia.Los compuestos extracelulares fúngicos, como las proteínas (especialmente las enzimas) y los derivados heterocíclicos, podrían actuar como agentes reductores y protectores.Otros métodos de síntesis de CeO2-NP a base de plantas también fueron fáciles, rápidos y rentables, pero el tamaño de las NP obtenidas exhibió un amplio rango de distribución, lo que demuestra que la necesidad de optimizar los métodos de biosíntesis mencionados anteriormente para su aplicación en biología sistemasSíntesis mediada por nutrientes de CeO2-NPComo se mencionó, los métodos sintéticos determinan el tamaño, la carga, las propiedades superficiales, la solubilidad y la morfología de las NP y, por lo tanto, afectan la respuesta de las NP de CeO2 en los sistemas biológicos.Es por eso que la síntesis verde de CeO2-NPs ha recibido mucha atención recientemente.Varios estudios informaron ampliamente diferentes nutrientes y materiales naturales, como la proteína de clara de huevo (EW) y la miel para la síntesis verde de CeO2-NP.47,48 Kargar et al47 propusieron que las dos proteínas principales de EW, la ovoalbúmina y la lisozima, actuaban como un verde aglutinantes/agentes estabilizadores para la preparación de CeO2-NPs.El mecanismo general para sintetizar CeO2-NP en medios EW incluye la formación de la interacción electrostática entre los cationes de cerio (Ce3+) y las proteínas de carga opuesta que conducen a un crecimiento controlable y a la subsiguiente formación isotrópica de CeO2-NP pequeñas y estables.47,49 Los métodos ecológicos de preparación de CeO2-NP imitan los enfoques tradicionales comunes en la síntesis de NP de una manera segura y ecológica.48 Por ejemplo, la síntesis de CeO2-NP basada en miel imita el método sol-gel.La gran cantidad de carbohidratos, enzimas y vitaminas que contienen grupos hidroxilo y amina en la estructura de la matriz de la miel puede facilitar la complejación de los cationes de cerio (Ce3+) en una matriz molecular inicial.Por lo tanto, la miel fue capaz de recubrir y estabilizar especies de cerio y CeO2-NP mientras inhibía su agregación excesiva o el crecimiento de cristales.48 Sin embargo, el avance del método basado en EW para la síntesis verde de CeO2-NP es obvio debido a los efectos no tóxicos de las CeO2-NP. en concentraciones de hasta 800 μg/mL, en comparación con la concentración segura de ~25 μg/mL para CeO2-NP a base de miel.Por lo tanto, la síntesis de CeO2-NPs en EW resultó ser una excelente alternativa para la preparación de CeO2-NPs, utilizando alimentos y materiales bioderivados.Síntesis mediada por biopolímeros de CeO2-NPLos polímeros naturales en forma de macromoléculas también se pueden utilizar como plantillas para la síntesis biodirigida de CeO2-NP.Como la superficie de las NP podría estar cubierta por grupos hidroxilo, los biopolímeros que poseen intrínsecamente restos hidroxilo son capaces de estabilizar las NP de CeO2.Al aplicar los polímeros como agentes protectores/estabilizadores, el diámetro de las NP se puede controlar lógicamente.50 Kargar et al informaron sobre la síntesis verde de pequeñas NP de óxido de cerio, estabilizadas con polímeros de agarosa a través de un método de sol-gel.51 Mientras se calentaba a >90° C, el polvo de agarosa normalmente se disuelve en agua, y cuando la temperatura se reduce a 35 °C–40 °C, se forma un gel semisólido que es estable en un amplio rango de pH (de 3 a 9).La unión de H interpenetrante entre los restos de azúcar dio como resultado la producción de esta red sol-gel y nanocanales que contenían tamaños de poro de 200 nm.Las CeO2-NP se sintetizaron en estos nanocanales.De manera similar, Darroudi et al habían sintetizado CeO2-NP utilizando almidón como biopolímero de protección.27 El mecanismo propuesto para la síntesis de CeO2-NP a base de almidón era que después de disolver el almidón en agua, los cationes metálicos eran atraídos por el oxígeno de las ramas OH.Los estudios in vitro en células Neuro2A demostraron una toxicidad dependiente de la dosis con una concentración no tóxica de 175 μg/mL.La aplicación de almidón como plantilla para la síntesis de CeO2-NP por parte de Darroudi et al27 dio como resultado la formación de partículas ultrafinas de CeO2-NP de tamaño pequeño y forma uniforme.Por lo tanto, este método parece ser más apropiado para la síntesis de CeO2-NP con fines médicos.Además, de acuerdo con las características requeridas, se encontró que este método es fácil, económico y ecológico para la preparación a gran escala de óxido de cerio en nanoescala.Con respecto al potencial único de los biopolímeros en el desarrollo de métodos biodirigidos de síntesis de CeO2-NP, Darroudi et al27 también utilizaron goma tragacanto (GT) para la producción de CeO2-NP por métodos químicos y biológicos.28 La fracción soluble (tragacantina o ácido tragacántico) de GT da una forma de sol en agua destilada, mientras que la fracción insoluble (basorin) se hincha a una forma de gel (Figura 2). en agua y se perdían las estructuras semicristalinas.Después de agregar el nitrato de cerio a la solución, los cationes metálicos fueron atraídos por el oxígeno de las ramas OH de los polisacáridos GT.Durante el proceso de calentamiento, la cantidad de agua disminuyó y el nitrato se descompuso en dióxido de nitrógeno y moléculas de oxígeno, que luego se eliminaron de los compuestos.Los núcleos de Ce(OH)4 se convirtieron en núcleos de CeO2 mediante deshidratación y, posteriormente, crecieron partículas de CeO2-NPs altamente cristalizadas.La energía requerida para las reacciones anteriores fue proporcionada por el procedimiento sol-gel posterior y el calor.El efecto estabilizador de GT podría atribuirse a la fuerza de repulsión estérica que surge cuando la goma forma una capa alrededor de los hidróxidos de cerio y las NP de óxido de cerio.Sin embargo, la capacidad de GT para estabilizar las NP de CeO2 también podría deberse a interacciones electrostáticas además de la mejora de la viscosidad de la suspensión. Ce(OH)3 determinaría principalmente las propiedades de las NPs de CeO2 finales.Además, las CeO2-NP exhibieron efectos citotóxicos muy bajos en las líneas celulares Neuro2A, lo que las convierte en candidatas adecuadas para diversas aplicaciones biológicas.El dextrano también se usó para estabilizar y recubrir CeO2-NP, ya que es un polisacárido biocompatible, complejo y altamente soluble en agua.57 En consecuencia, se produjeron NP tan pequeñas como 5 nm que eran tóxicas para las células cancerosas a pH 6 y mucho menos tóxicas a células normales al mismo valor de pH.57 Además, también se investigó la importancia y versatilidad del polietilenglicol (PEG) para la funcionalización de NP de óxido de cerio de tierras raras.58–60 El mecanismo sugerido para la síntesis de ceria mediada por PEG fue la presencia de una fuerza impulsora electrostática para la complejación.59 La estructura ramificada del PEG es suficiente para solubilizar las NP de CeO2 y crear verdaderos nanopolvos dispersables en solución acuosa y en ciertos solventes orgánicos, lo que proporciona un marco para diseñar un sol de óxido de metal híbrido versátil.58 Además, también se informó la síntesis de CeO2-NP basada en quitosano debido a propiedades específicas, como una buena capacidad de formación de película, biocompatibilidad, no toxicidad, biodegradabilidad y antibaactividad bacteriana (tabla 2).61,62Figura 2 Representación esquemática del método base Gum de síntesis de CeO2-NP.Abreviatura: CeO2-NPs, nanopartículas de óxido de cerio.Tabla 2 Ventajas y desafíos de los diferentes métodos de síntesis verde de CeO2-NPs Abreviaturas: CeO2-NPs, nanopartículas de óxido de cerio;EW, clara de huevo.El efecto toxicológico de las CeO2-NP verdes sintetizadasTodas las NP de óxido de cerio contienen los mismos elementos centrales, sin embargo, no muestran efectos biológicos similares.Hay algunos estudios que informaron toxicidad prooxidante de las NP en algunos casos y efectos protectores antioxidantes en otros que podrían atribuirse a diferentes parámetros fisicoquímicos de las diversas NP que se utilizaron.Se ha demostrado que el método de síntesis de NP, el tipo de agente estabilizador utilizado y la proporción de superficie Ce3+/Ce4+ juegan un papel importante en la producción de NP CeO2 con diferentes propiedades fisicoquímicas.63,64 Los parámetros más importantes se analizan a continuación (Figura 3).Figura 3 Los parámetros principales afectan la citotoxicidad de las NP de CeO2.Abreviatura: CeO2-NPs, nanopartículas de óxido de cerio.Varios métodos verdes de síntesis de CeO2-NP han proporcionado NP tan pequeñas como <10 nm.Los resultados anteriores demostraron que entre las diferentes estrategias informadas para la síntesis biodirigida de CeO2-NP, los métodos basados ​​en biopolímeros y nutrientes proporcionaron las NP más pequeñas en comparación con los procesos basados ​​en plantas.Los informes indicaron que la síntesis de CeO2-NP a base de plantas proporcionó NP más grandes con propiedades antibacterianas que exhibieron altos niveles de citotoxicidad para las células bacterianas. líneas a altas concentraciones de CeO2-NPs.27,28,47,48,51La morfología es otra propiedad física que también se requiere considerar para aplicaciones biológicas.Por ejemplo, las NP en formas poligonales, cúbicas o de varilla tienen bordes afilados y podrían causar daño mecánico a las células.7,65,66 Por lo tanto, el efecto de la forma de la NP no puede ignorarse para aplicaciones biológicas.Como se mencionó anteriormente, casi todos los métodos verdes de síntesis de ceria que se mencionan aquí han producido NP con morfología esférica.Sin embargo, la síntesis de CeO2-NP basada en almidón parece ser el método más apropiado para proporcionar CeO2-NP con fines biomédicos27.En 2015, Pulido-Reyes et al67 presentaron un informe que difería de los informes previos sobre la síntesis de CeO2-NPs.Demostraron que ni la concentración, la carga superficial ni el tamaño de las NP de CeO2 desempeñan un papel importante en las propiedades tóxicas observadas.El informe demostró que el porcentaje de Ce3+ en la superficie se correlacionó con la toxicidad y fue el principal impulsor de los efectos tóxicos de las NP de CeO2.67 Propusieron que las NP de CeO2 con el porcentaje más alto de Ce3+ en la superficie (58 %) exhibieron el efecto más tóxico, y las NP de CeO2 Las NP con menor porcentaje de valores de Ce3+ en la superficie (entre 26% y 36%) fueron evidentemente no tóxicas para el organismo modelo.De hecho, las CeO2-NP con menor Ce3+ y, por tanto, mayor Ce4+ en su superficie mostraron actividad mimética de la catalasa68, que degradaba el H2O2 a oxígeno molecular, protegiendo a las células frente a estas ROS tóxicas.Las CeO2-NP con mayor cantidad de Ce3+ en su superficie podrían eliminar eficazmente los radicales de superóxido (actividad mimética de la superóxido dismutasa [SOD]) y producir H2O2, que es tóxico para las células.Ellos sugirieron que en un rango estrecho de superficie Ce3+, parecía haber un cambio de la actividad SOD a la actividad mimética de la catalasa;sin embargo, los mecanismos y si el efecto biológico observado informado en su estudio también puede ocurrir en otros sistemas celulares, requiere una mayor investigación. Ce3+ de NP y esto debe investigarse para demostrar claramente el efecto de la síntesis verde de CeO2-NP en su citotoxicidad.Un CeO2-NP ingresa a las células por vías endocíticas dependientes de energía, mediadas por clatrina y mediadas por caveolas.Singh et al.69 demostraron su localización en las mitocondrias, los lisosomas y el retículo endoplásmico, así como en el citoplasma y el núcleo. Teniendo en cuenta las propiedades de eliminación de radicales del óxido de cerio y su disposición celular generalizada, una CeO2-NP probablemente actúa como un antioxidante celular en múltiples compartimentos de la célula, presentando protección contra una variedad de lesiones oxidantes.69Aplicaciones biológicas de CeO2-NPsExisten diferentes estudios que han reportado actividad antibacteriana de las NPs de CeO2 y han demostrado su inhibición significativa frente a bacterias tanto gramnegativas como grampositivas34–37. Se sugiere que las NPs de CeO2 con un tamaño de partícula superior a 20 nm poseen propiedades antibacterianas .Además, los efectos más antibacterianos debido al mayor porcentaje de Ce3+ superficial de NP concuerdan con las observaciones de Pulido-Reyes et al.67El cerebro y el sistema nervioso central son los sistemas de órganos más activos del cuerpo;por lo tanto, son particularmente sensibles al estrés oxidativo debido a la alta utilización de oxígeno, los altos niveles de peroxidación de ácidos grasos poliinsaturados y los bajos niveles de sistemas antioxidantes endógenos.El aumento del estrés oxidativo y la producción de radicales libres podría atribuirse a varias enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Parkinson, los traumatismos, los accidentes cerebrovasculares isquémicos, la enfermedad de Alzheimer (EA) y el envejecimiento.70 Una terapia beneficiosa para las enfermedades neurodegenerativas es la utilización de CeO2-NP, que elimina las ROS o impide su formación y afecta a diferentes puntos clave de las células cerebrales o del tejido nervioso central.Al reducir la producción de ROS, se demostró que las NP de CeO2 afectan (directa o indirectamente) las vías de transducción de señales involucradas en la muerte neuronal y la neuroprotección.Por ejemplo, se informa que las NP de óxido de cerio podrían desencadenar la supervivencia neuronal en un modelo de AD humano mediante la modulación de la vía del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF).El BDNF es un factor involucrado en las vías de transducción de señales de la supervivencia neuronal.71 En un enfoque similar, Guo et al informaron que las NP de ceria protegen a las neuronas contra el daño inducido por el estrés oxidativo mediante la modulación de la señalización del factor de crecimiento transformante beta (TGF-β).72 Hay tantos informes sobre el efecto neuroprotector de las CeO2-NP modificadas.Recientemente, Arya et al3 informaron que las CeO2-NP promovían la neurogénesis y modulaban el deterioro de la memoria inducido por la hipoxia a través de la cascada de señalización AMPK-PKC-CBP.Usando CeO2-NP de 3 nm recubiertas con PEG, demostraron que las NP se localizaban eficientemente en el cerebro y reducían significativamente el estrés oxidativo.Por lo tanto, el daño asociado durante la exposición a la hipoxia también se redujo mediante la aplicación de PEG/CeO2-NP.También proporcionaron evidencia de que las PEG/CeO2-NP mejoraron la supervivencia neuronal del hipocampo y promovieron la neurogénesis.3Con respecto al efecto reductor de las NP de CeO2 sobre el estrés oxidativo, que se sabe que desempeña un papel importante en la neurodegeneración, Fiorani et al73 habían investigado el papel de las NP de CeO2 en la activación microglial y los procesos neurodegenerativos en la retina dañada por la luz.Demostraron la capacidad de las NPs de CeO2 para reducir la activación microglial y su migración hacia la capa nuclear externa73, lo que plantea la posibilidad de su uso como agentes terapéuticos para enfermedades neurodegenerativas.Las CeO2-NP son formas de potentes enzimas oxidasas artificiales capaces de imitar las actividades de catalasa, SOD y peroxidasa (Tabla 3).Tabla 3 Diferentes tipos de enzimas que imitan las actividades de las nanopartículas de óxido de cerio Abreviatura: SOD, superóxido dismutasa.La actividad similar a la oxidasa de estas NP se originó a partir de los átomos de Ce3+ de la superficie como centro catalítico.74 Las NP de CeO2 con menor cantidad de Ce3+ en su superficie mostraron actividad mimética de catalasa o peroxidasa,68 que podría descomponer el H2O2 en agua y oxígeno.Las NPs de CeO2 con mayor cantidad de Ce3+ en su superficie podrían eliminar eficazmente los radicales de superóxido (actividad mimética de la SOD) y producir H2O2.En comparación con las enzimas naturales, las CeO2-NP mostraron varias ventajas, como alta sensibilidad, bajo costo, fácil almacenamiento y estabilidad catalítica en condiciones adversas.La construcción de enzimas artificiales eficientes, como una alternativa fuerte y rentable a las enzimas naturales, ha sido un tema interesante en el campo de la química biomimética.En un nuevo informe sobre la actividad similar a la SOD de la ceria, Bhushan y Gopinath75 desarrollaron un sistema enzimático artificial estable y biocompatible basado en CeO2-NP que poseía una alta actividad de eliminación de ROS durante un período de tiempo.Sintetizaron una nanopartícula de ceria-albúmina (BCNP) biocompatible encapsulada con CeO2-NP capaz de reducir las ROS intracelulares.Los BCNP conservaron el sistema de defensa antioxidante de las células y las protegieron de la apoptosis mediada por oxidantes.75 Es importante destacar que la actividad de imitación de enzimas de los CeO2-NP se mantuvo casi constante y estable en un amplio rango de pH y temperatura.Por lo tanto, los BCNP preparados fueron prometedores como candidatos potenciales contra enfermedades y trastornos inducidos por ROS que utilizan actividad similar a SOD de ceria. /Ce4+ también fueron investigados por Li et al.76 Hasta ahora, la capacidad inherente de captación de superóxido solo se ha encontrado en las NP de CeO2 con tamaños de <5 nm, y estas NP de CeO2 bioactivas mostraron una diversidad muy limitada con respecto a la forma. .Li et al76 ​​creían que sin el recubrimiento de los ligandos superficiales para estabilizar las vacantes de oxígeno, las NP de CeO2 de >3 nm no podían mantener una relación Ce3+/Ce4+ sustancialmente más alta en condiciones ambientales en comparación con su contraparte a granel.77 Por lo tanto, incluso las CeO2- Las NP de <5 nm perderían su actividad mimética de SOD inherente debido a la oxidación de Ce3+, y el tiempo requerido para regenerar esa actividad generalmente tomaría días y semanas.78,79 Li et al76 ​​propusieron una estrategia para mejorar significativamente la actividad de eliminación de superóxido de CeO2-NPs de >5 nm.Sin embargo, activaron la actividad mimética de SOD de NP de CeO2 de diferentes tamaños en cuestión de minutos mediante la incubación con CuZn-SOD nativa en solución salina tamponada con fosfato (Figura 4).76Figura 4 Actividad mimética de superóxido dismutasa de nanopartículas de CeO2.El primer informe sobre la actividad de imitación de catalasa de CeO2-NPs fue presentado por Pirmohamed et al.68 Recientemente, la actividad catalítica de CeO2-NPs se aplicó en diferentes enfoques biomédicos.80–82 Por ejemplo, Akhtar et al han demostrado que la actividad catalasa de CeO2-NP podría aumentar el glutatión intracelular (GSH) en las células desafiadas con H2O2, protegiendo a las células del daño oxidativo.80 Teniendo en cuenta las funciones principales del GSH en la regulación del crecimiento y la división celular, el metabolismo de los carcinógenos y la protección del ADN del daño oxidativo, el El efecto de las CeO2-NP sobre el aumento de la cantidad de GSH intracelular marca una revolución en la biología médica.Por otra parte, Nicolini et al habían introducido un tipo de vidrio bioactivo basado en la actividad catalítica de CeO2-NPs, que se utilizaba para la ingeniería del tejido óseo82. El diseño de vidrios bioactivos capaces de prevenir el estrés oxidativo tras el implante reduciría la convalecencia y disminuiría la cantidad de las respuestas antiinflamatorias en los pacientes.La aplicación de las propiedades biomédicas de las NP de CeO2 requiere una mayor investigación del destino de las NP in vivo.Por ejemplo, los átomos de cerio de las NP de CeO2 tienen el potencial de interactuar con péptidos, azúcar y moléculas de aniones pequeños, como el fosfato, in vitro e in vivo.Singh et al investigaron el papel del fosfato en la estabilidad y la actividad mimética de la catalasa de las NP de óxido de cerio.81,83 Dada la abundancia de fosfato inorgánico en los sistemas biológicos, demostraron que la actividad mimética de la catalasa de las NP de CeO2 (Ce4+) es resistente al fosfato. aniones, cambios de pH y composición de medios de cultivo celular.Por lo tanto, Singh et al proporcionaron un enfoque prometedor para aplicaciones biomédicas más prácticas y atractivas para las NP de óxido de cerio.La actividad mimética de SOD y catalasa de CeO2-NP se ha estudiado ampliamente;sin embargo, la investigación sobre su actividad similar a la peroxidasa sigue siendo escasa.Como la investigación más reciente en este campo, Tian et al explotaron la actividad similar a la peroxidasa de CeO2-NP para la detección de células de cáncer de mama utilizando un ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA) basado en nanoestructuras.2 En el sistema diseñado, el anticuerpo primario contra un El biomarcador de cáncer de mama (CA15-3) se revistió en la placa ELISA y el segundo anticuerpo se conjugó directamente en la superficie de CeO2-NP a través de fuerzas electrostáticas.En presencia de células cancerosas, el anticuerpo primario podría capturar las células y las CeO2-NP conjugadas con anticuerpos secundarios se unirían a ellas, provocando la oxidación del H2O2 y el cambio de color.Al comparar el sensor basado en CeO2-NPs con el basado en peroxidasa de rábano picante (HRP), la alta sensibilidad del inmunoensayo basado en CeO2-NPs, con un límite de detección de 0,01 ng/mL, fue aproximadamente un orden de magnitud mayor que el Sistema HRP.2Se diseñaron diferentes formas de biosensores basados ​​en CeO2-NP, incluidos sensores electroquímicos, fluorométricos y colorimétricos, que se analizan brevemente aquí.En 2006, se aprovechó la actividad catalítica del óxido de cerio NP para desarrollar por primera vez un biosensor de alta sensibilidad.Un estudio ha demostrado que los biosensores electroquímicos sintetizados basados ​​en NP de óxido de cerio eran herramientas eficientes para la detección de H2O2 en tan solo 1 μM de agua.84 Actualmente, la interconexión de H2O2 con NP inorgánicas ha generado una serie de nanozimas que muestran actividades similares a la catalasa o la peroxidasa.Recientemente, Liu et al85 introdujeron un sistema de detección fluorométrica basado en ADN/CeO2-NP para la detección altamente sensible de H2O2 (Figura 5).Liu et al probaron la interacción CeO2-NPs y H2O2, aplicando ADN.El H2O2 a menudo causa daño oxidativo en el ADN en presencia de metales redox;sin embargo, en este estudio se utilizó la capacidad del H2O2 para desplazar el ADN adsorbido sin escisión.Después de agregar CeO2-NP a la solución de ADN marcado con fluorescencia, la fluorescencia se extinguió por completo, lo que demuestra la adsorción de ADN en la superficie de las NP.Curiosamente, la fluorescencia se recuperó completa y rápidamente después de agregar H2O2.Dado el rendimiento del sensor para H2O2 con un límite de detección de 130 nM, Liu et al probaron la presencia de glucosa.El H2O2 se produce in situ usando glucosa oxidasa (GOX) y glucosa.Cuando varió la concentración de glucosa, se observó una respuesta lineal con un límite de detección de 8,9 μM en tampón y 4,37±0,32 mM en suero85.Figura 5 El H2O2 podría desplazar el ADN adsorbido de las NP de CeO2, lo que daría como resultado una mejora de la señal de fluorescencia.Abreviatura: CeO2-NPs, nanopartículas de óxido de cerio.En otro trabajo, Sardesai et al desarrollaron un biosensor basado en CeO2-NP ricas en oxígeno dopadas con platino (Pt-ceria) y lactato oxidasa para la monitorización in vitro e in vivo del lactato durante la hipoxia86. Integración de las CeO2-NP ricas en oxígeno en la capa que contiene enzimas aseguró el funcionamiento del biosensor en condiciones hipóxicas y proporcionó un monitoreo continuo y sensible del lactato.Las mediciones de los niveles de lactato en sangre y tejidos son indicaciones importantes del estado y progreso de una variedad de enfermedades.La evaluación in vitro del biosensor demostró un límite de detección de 100 pM y una alta selectividad frente a niveles fisiológicos de especies de interferencia coexistentes, así como un tiempo de respuesta rápido de 6 segundos.Se han realizado estudios in vivo colocando el biosensor diseñado en el hipocampo de ratas anestesiadas.Los autores no reportan conflictos de intereses en este trabajo.Biomateriales.Int J Nanomedicina.Nanomedicina (Londres).quimica anal2011;quimica analCiencia química.Adv Healthc Mater.Nanotecnología.2002;Ciencias.Res. de transl.Aquat Toxicol.2011;J Nanopart Res.Int J Nanomedicina.3ra edición.Nueva York, NY: McGraw-Hill;1980.ACS Biomater Sci Ing.2011.Señal antioxidante redox.Int J Environ Res Salud Pública.Materia Res.Mol Biosyst.Curr Neurofarmaco.Curr Nanosci.Toxicol Res.Más uno.Biomateriales.J Am Chem Soc.Biomateriales.2006.J Am Chem Soc.quimica analBiomateriales.vol.2011.Nanomedicina (Londres).© 2017 El(los) autor(es).Este trabajo está publicado y autorizado por Dove Medical Press Limited.Los usos no comerciales del trabajo están permitidos sin ningún otro permiso de Dove Medical Press Limited, siempre que el trabajo se atribuya correctamente.Reservados todos los derechos.Registrado en Inglaterra y Gales.Si acepta nuestro uso de cookies y el contenido de nuestra Política de privacidad, haga clic en 'aceptar'.