El bromuro de cetrimonio , también conocido con la abreviatura CTAB , es un surfactante de amonio cuaternario con una fórmula estructural condensada [(C 16 H 33 )N(CH 3 ) 3 ]Br.
Es uno de los componentes del antiséptico tópico cetrimida . [1] El catión cetrimonio (hexadeciltrimetilamonio) es un agente antiséptico eficaz contra bacterias y hongos. También es uno de los componentes principales de algunos tampones para la extracción de ADN . [2] Se ha utilizado ampliamente en la síntesis de nanopartículas de oro ( p. ej ., esferas, varillas, bipirámides), nanopartículas de sílice mesoporosas ( p. ej. , MCM-41 ) y productos acondicionadores para el cabello . Los compuestos estrechamente relacionados cloruro de cetrimonio y estearato de cetrimonio también se utilizan como antisépticos tópicos y se pueden encontrar en muchos productos domésticos como champús y cosméticos. El CTAB, debido a su coste relativamente alto, normalmente solo se utiliza en cosméticos selectos.
Al igual que con la mayoría de los surfactantes, CTAB forma micelas en soluciones acuosas. A 303 K (30 °C) forma micelas con un número de agregación de 75 a 120 (dependiendo del método de determinación; promedio ~95) y grado de ionización, α = 0,2 a 0,1 (carga fraccionaria; de baja a alta concentración). [3] La constante de enlace (K°) del contraión Br − a una micela CTA + a 303 K (30 °C) es de c. 400 M-1. Este valor se calcula a partir de mediciones de electrodos selectivos de iones Br − y CTA + y datos de conductividad utilizando datos de la literatura para el tamaño de micela (r = ~3 nm) [ cita requerida ] , extrapolados a la concentración micelar crítica de 1 mM [ cita requerida ] . Sin embargo, K° varía con la concentración total de surfactante, por lo que se extrapola al punto en el que la concentración micelar es cero. [ cita requerida ]
La lisis celular es una herramienta conveniente para aislar ciertas macromoléculas que existen principalmente dentro de la célula. Las membranas celulares constan de grupos terminales hidrofílicos y lipofílicos . Por lo tanto, a menudo se utilizan detergentes para disolver estas membranas, ya que interactúan con grupos terminales polares y no polares . CTAB ha surgido como la opción preferida para uso biológico porque mantiene la integridad del ADN precipitado durante su aislamiento . [4] Las células suelen tener altas concentraciones de macromoléculas, como glicoproteínas y polisacáridos , que coprecipitan con el ADN durante el proceso de extracción, lo que hace que el ADN extraído pierda pureza. La carga positiva de la molécula de CTAB le permite desnaturalizar estas moléculas que interferirían con este aislamiento. [5]
Se ha demostrado que el CTAB tiene un uso potencial como agente anticancerígeno promotor de la apoptosis para el cáncer de cabeza y cuello (HNC). [6] In vitro , el CTAB interactuó de forma aditiva con la radiación γ y el cisplatino , dos agentes terapéuticos estándar para el HNC. El CTAB mostró citotoxicidad anticancerígena contra varias líneas celulares de HNC con efectos mínimos sobre los fibroblastos normales , una selectividad que explota las aberraciones metabólicas específicas del cáncer. In vivo , el CTAB eliminó la capacidad de formación de tumores de las células FaDu y retrasó el crecimiento de los tumores establecidos. Por lo tanto, utilizando este enfoque, el CTAB se identificó como un compuesto de amonio cuaternario apoptógeno potencial que posee eficacia in vitro e in vivo contra los modelos de HNC. La Organización Mundial de la Salud (OMS) también recomienda el CTAB como agente de purificación en el procesamiento posterior de vacunas de polisacáridos. [7]
Las glicoproteínas forman bandas anchas y difusas en la electroforesis de Laemmli ( SDS-PAGE ) debido a su amplia distribución de cargas negativas. El uso de detergentes con carga positiva, como CTAB, evitará los problemas asociados con las glicoproteínas. Las proteínas se pueden transferir de los geles CTAB de forma análoga a los Western blots ("Eastern blot"), y la proteína altamente hidrofóbica asociada a la mielina se puede analizar utilizando CTAB 2-DE. [ cita requerida ]
CTAB sirve como un surfactante importante en el sistema de tampón de extracción de ADN para eliminar los lípidos de la membrana y promover la lisis celular. La separación también es exitosa cuando el tejido contiene altas cantidades de polisacáridos . [2] CTAB se une a los polisacáridos cuando la concentración de sal es alta, eliminando así los polisacáridos de la solución. Una receta típica puede ser combinar 100 mL de 1 M Tris HCl (pH 8,0), 280 mL 5 M NaCl, 40 mL de 0,5 M EDTA y 20 g de CTAB, luego agregar agua bidestilada (ddH 2 O) para llevar el volumen total a 1 L.
Los surfactantes juegan un papel clave en la síntesis de nanopartículas al adsorberse a la superficie de la nanopartícula en formación y reducir su energía superficial. [8] [9] Los surfactantes también ayudan a prevenir la agregación ( por ejemplo, a través de mecanismos DLVO ).
Las nanopartículas de oro (Au) son interesantes para los investigadores debido a sus propiedades únicas que se pueden utilizar en aplicaciones como catálisis , óptica , electrónica , detección y medicina . [10] El control del tamaño y la forma de las nanopartículas es importante para ajustar sus propiedades. El CTAB ha sido un reactivo ampliamente utilizado tanto para impartir estabilidad a estas nanopartículas como para controlar sus morfologías. El CTAB puede desempeñar un papel en el control del tamaño y la forma de las nanopartículas al unirse de forma selectiva o más fuerte a varias facetas cristalinas emergentes .
Parte de este control se origina a partir de la reacción del CTAB con otros reactivos en la síntesis de nanopartículas de oro. Por ejemplo, en las síntesis acuosas de nanopartículas de oro, el ácido cloráurico (HAuCl 4 ) puede reaccionar con el CTAB para crear un CTA + -AuCl−
4complejo. [11] [12] Luego, el complejo de oro se hace reaccionar con ácido ascórbico para producir ácido clorhídrico , un radical de ácido ascórbico y CTA-AuCl 3 . El radical de ácido ascórbico y CTA-AuCl 3 reaccionan espontáneamente para crear nanopartículas metálicas de Au 0 y otros subproductos. Una reacción alternativa o simultánea es la sustitución de Cl − con Br − alrededor del centro Au(III). Tanto la complejación con el catión amonio como la especiación del precursor de Au(III) influyen en la cinética de la reacción de formación de nanopartículas y, por lo tanto, influyen en el tamaño, la forma y las distribuciones (de tamaño y forma) de las partículas resultantes.
Sin embargo, CTA + -AuCl−
4No debe llamarse una interacción electrostática compleja del catión amonio cuaternario con AuCl−
4En el mejor de los casos, se produce la formación de un par de iones . El CTA + no tiene ningún centro donante que pueda formar un complejo de coordinación con los centros metálicos Au(III).
CTAB se utiliza como plantilla para el primer informe de materiales mesoporosos ordenados . [13] Los sólidos inorgánicos microporosos y mesoporosos (con diámetros de poro de ≤20 Å y ~20–500 Å respectivamente) han encontrado una gran utilidad como catalizadores y medios de sorción debido a su gran área de superficie interna. Los materiales microporosos típicos son sólidos de estructura cristalina, como las zeolitas , pero las dimensiones de poro más grandes aún están por debajo de los 2 nm, lo que limita en gran medida la aplicación. Los ejemplos de sólidos mesoporosos incluyen sílices y materiales en capas modificados, pero estos son invariablemente amorfos o paracristalinos , con poros que están espaciados irregularmente y ampliamente distribuidos en tamaño. Existe la necesidad de preparar material mesoporoso altamente ordenado con buena cristalinidad a mesoescala. Se informó la síntesis de sólidos mesoporosos a partir de la calcinación de geles de aluminosilicato en presencia de surfactantes. El material posee matrices regulares de canales uniformes, cuyas dimensiones se pueden adaptar (en el rango de 16 Å a >100 Å) mediante la elección del surfactante, los productos químicos auxiliares y las condiciones de reacción. Se propuso que la formación de estos materiales se lleva a cabo por medio de un mecanismo de "plantilla" de cristal líquido, en el que el material de silicato forma paredes inorgánicas entre micelas de surfactante ordenadas. CTAB formó micelas en la solución y estas micelas formaron además una mesoestructura hexagonal bidimensional . El precursor de silicio comenzó a hidrolizarse entre las micelas y finalmente llenó el espacio con dióxido de silicio. La plantilla se pudo eliminar aún más mediante calcinación y dejó una estructura de poros detrás. Estos poros imitaron exactamente la estructura de la plantilla blanda de mesoescala y dieron lugar a materiales de sílice mesoporosos altamente ordenados.
El CTAB se ha utilizado en aplicaciones que van desde la síntesis de nanopartículas hasta los cosméticos. Debido a su uso en productos humanos, junto con otras aplicaciones, es esencial conocer los peligros que contiene este agente. Santa Cruz Biotechnology, Inc. [14] ofrece una hoja de datos de seguridad completa para el CTAB y se debe consultar para preguntas o inquietudes adicionales. [15] Las pruebas con animales han demostrado que la ingestión de menos de 150 g del agente puede provocar efectos adversos para la salud o posiblemente la muerte por el CTAB, que causa quemaduras químicas en todo el esófago y el tracto gastrointestinal que pueden ir seguidas de náuseas y vómitos. [15] Si la sustancia continúa a través del tracto gastrointestinal, se absorberá mal en los intestinos y se excretará en las heces. [16] También se ha probado la toxicidad en la vida acuática, incluidos Brachydanio rerio (pez cebra) y Daphnia magna (pulga de agua). Los peces cebra mostraron toxicidad por CTAB cuando se expusieron a 0,3 mg/L durante 96 horas, y las pulgas de agua mostraron toxicidad por CTAB cuando se expusieron a 0,03 mg/L durante 48 horas. [17]
El CTAB, junto con otras sales de amonio cuaternario, se ha utilizado con frecuencia en cosméticos en concentraciones de hasta el 10 %. Los cosméticos a esa concentración solo se deben utilizar como tipos que se enjuagan, como los champús. Otros cosméticos que se dejan en el cuerpo solo se consideran seguros en concentraciones del 0,25 % o inferiores. Las inyecciones en la cavidad corporal de ratones preñados mostraron efectos embriotóxicos y teratogénicos . Solo se observaron efectos teratogénicos con dosis de 10 mg/kg, mientras que ambos efectos se observaron con dosis de 35 mg/kg. Las dosis orales de 50 mg/kg/día también mostraron efectos embriotóxicos. [16] Se completaron pruebas similares administrando a ratas 10, 20 y 45 mg/kg/día de CTAB en su agua potable durante un año. Con las dosis de 10 y 20 mg/kg/día, las ratas no tuvieron ningún síntoma tóxico. Con la dosis más alta, las ratas comenzaron a experimentar pérdida de peso. La pérdida de peso en las ratas macho se atribuyó a una conversión de alimentos menos eficiente . Las pruebas no mostraron alteraciones microscópicas en el tracto gastrointestinal de las ratas. [18]
Se han llevado a cabo otras pruebas de toxicidad utilizando células de queratinocitos HaCaT de piel humana incubadas . Estas células humanas se incubaron con nanobarras de oro que se sintetizaron utilizando el crecimiento asistido por surfactante y mediado por semillas de nanopartículas de oro. Se ha demostrado que las nanopartículas de oro no son tóxicas, sin embargo, una vez que las nanopartículas se colocan a través de las soluciones de crecimiento, las nanobarras recién formadas son altamente tóxicas. Este gran aumento de la toxicidad se atribuye al CTAB que se utiliza en las soluciones de crecimiento para provocar un crecimiento anisotrópico . [19] Los experimentos también demostraron que la toxicidad del CTAB a granel y las nanobarras de oro sintetizadas son equivalentes. Las pruebas de toxicidad mostraron que el CTAB sigue siendo tóxico con concentraciones tan bajas como 10 μM. Las células humanas muestran que el CTAB no es tóxico en concentraciones inferiores a 1 μM. Sin el uso de CTAB en esta síntesis, las nanobarras de oro no son estables; se rompen en nanopartículas o experimentan agregación . [19]
El mecanismo de citotoxicidad no ha sido estudiado extensamente, pero se han propuesto posibles mecanismos. Una propuesta mostró dos métodos que llevaron a la citotoxicidad en células de glioblastoma U87 y A172. El primer método mostró que el CTAB se intercambia con fosfolípidos causando un reordenamiento de la membrana permitiendo que el β- galactosido ingrese a la célula a través de cavidades. En concentraciones bajas, no hay suficientes cavidades para causar la muerte de las células, pero al aumentar la concentración de CTAB, se desplazan más fosfolípidos causando más cavidades en la membrana que conducen a la muerte celular. El segundo método propuesto se basa en la disociación de CTAB en CTA + y Br − dentro de la membrana mitocondrial . El CTA + cargado positivamente se une a la ATP sintasa no permitiendo que H + se una, deteniendo la síntesis de ATP y resultando en la muerte celular. [20]