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Siddha : utilisation des métaux

Caractérisation structurale et élémentaire de la formulation traditionnelle de siddha indien: Thalagak karuppu

 

Points forts

• La formulation présente le pic caractéristique à 290 nm.

• La taille moyenne des grains est de 30,11 nm.

• L’hétérogénéité de forme et de taille a également été observée dans les images SEM et
confirmés par leur indice de polydispersité.

• La présence de As, As2S3, As2O3 peut également être responsable de l’hétérogénéité de forme et de taille dans les images SEM.

• Ces résultats suggèrent que l’arsenic peut exister principalement avec As2S2 ou As2S4, mais la possibilité est moindre pour As2O3.

Résumé

Contexte

La médecine indienne traditionnelle ‘Siddha’ utilise des métaux, des métalloïdes et des minéraux, y compris des produits toxiques, sans toxicité prouvée. Thalagak karuppu (TK) est remarquablement stable depuis un siècle et est utilisé pour traiter les suram (fièvre), kaasam (toux), Elai (tuberculose) et Eraippu Erumal (asthme bronchique).
Objectif

La présente étude porte sur la caractérisation élémentaire et morphologique de la formulation thérapeutique de Siddha: Thalagak karuppu (TK).
matériaux et méthodes

Les savoirs traditionnels ont été achetés à la Pharmacie et magasins coopératifs indiens de médecins indiens (IMCOPS) Ltd, Chennai, Tamilnadu, Inde. Les propriétés physicochimiques ont été évaluées à l’aide d’un spectrophotomètre UV – visible, d’un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), d’un microscope électronique à balayage (SEM) avec analyse par rayons X à dispersion d’énergie (EDX), d’un spectromètre Zeta et d’un diffractomètre à rayons X (XRD).
Résultats

La nature mixte de l’arsenic a été analysée par spectroscopie UV – visible. La région des empreintes digitales pour les dérivés de l’arsenic a été déduite de la spectroscopie IR et des diagrammes de diffraction des rayons X. L’hétérogénéité de forme et de taille dans le mélange anisotrope a été observée dans les images SEM et la polydispersité a été analysée par Zeta sizer.
Conclusions

Les analyses structurelles, élémentaires et morphologiques suggèrent que l’arsenic peut exister principalement sous forme d’orpiment (As2S2) ou de realgar (As2S4). La possibilité est moins pour l’arsénolite toxique. Par conséquent, la formulation peut être considérée comme sûre.

 

Mots clés :

Thalagak Karuppu
Siddha
Arsenic
Orpiment
Réalgar

1. Introduction

Les produits naturels sont largement utilisés dans le monde, au moins dans 70% des médicaments disponibles sur le marché mondial. Cependant, la surexploitation des matières premières pour les médicaments à base de plantes et les produits de soins de santé constitue une menace grave pour la biodiversité [1]. Étant donné que de nombreuses plantes médicinales figurent également sur la liste des espèces en voie de disparition, il est préférable d’adapter la médecine à base de minéraux pratiquée traditionnellement en Inde. Un ancien système de la médecine indienne traditionnelle ‘Siddha’ utilise des métaux, des métalloïdes et des minéraux [2] composés d’éléments toxiques et lourds tels que le plomb, le mercure et l’arsenic. Cela soulève des inquiétudes et inquiète le grand public sur la consommation de ces médicaments traditionnels [3], [4], [5]. Néanmoins, l’arsenic inorganique est récemment reconnu comme un agent chimiothérapeutique de première intention contre certains cancers hématopoïétiques en médecine occidentale [6]. Les questions liées aux préoccupations du public devraient être résolues scientifiquement en mettant en évidence ses propriétés physico-chimiques et ses interactions biologiques [7], [8].

L’utilisation des arsenicaux dans le système de médecine indienne a une très longue histoire de traitement de diverses maladies, notamment la gonorrhée, l’épilepsie, la syphilis, l’asthme, le psoriasis, la fièvre chronique, le cancer, la tuberculose et d’autres maladies respiratoires [9]. Parmi les arsenicaux: rouge, blanc et jaune, le mot tamoul «Thalagam» fait référence à «orpiment jaune» et «Karuppu», à «noir», car il désigne l’utilisation de métaux lourds ou de métalloïdes toxiques. Thalagak karuppu (TK) est remarquablement stable depuis un siècle [10]. Les savoirs traditionnels sont inclus dans la liste des médicaments essentiels de Siddha [11] pour le traitement de Suram (fièvre), Kaasam (toux), Elai (tuberculose) et Eraippu Erumal (asthme bronchique). Le savoir traditionnel est composé de Thalagam (trisulfure d’arsenic) et de chair d’escargot. La procédure préparatoire est la suivante: les ingrédients sont mélangés méticuleusement et fondus en une poudre fine à l’aide de mortier Karuppu Kalvam (agate-pierre noire). La poudre séchée est répartie dans un pot en argile et la bouche est scellée avec un autre pot. On prend assez de soin pour le sceller étroitement avec Seelai (un chiffon taché de terre) enroulé sur sept couches. En outre, l’un des agents d’étanchéité suivants peut également être utilisé pour combler les lacunes selon les besoins; ce sont du sable fin finement moulu, de la farine de blé, de la farine de pois chiches et du citron vert avec du blanc d’oeuf. Le montage est ensuite soumis à un processus de calcination (appelé «pudam» en siddha) [12]. Le TK est administré à la dose de 65 à 130 mg avec du miel deux fois par jour après le repas [11]. La composition structurelle et élémentaire de cette préparation n’est pas bien connue. Par conséquent, c’est la première tentative de caractériser la formulation des savoirs traditionnels.

2. Matériel et méthodes

2.1. Formulation de métal

Les savoirs traditionnels ont été achetés à la Pharmacie et magasins coopératifs indiens de médecins indiens (IMCOPS) Ltd, Chennai, Tamil Nadu, Inde.

2.2. Test qualitatif pour le soufre

La détection qualitative du soufre a été réalisée en dissolvant 10 mg de l’échantillon avec HCl dilué. Sur ceci, une pincée d’acétate de plomb a été ajoutée, le précipité noir a confirmé la présence de soufre dans la formulation.

2.3. Spectromètre d’absorption UV-visible

Les spectres UV-vis ont été enregistrés par un spectrophotomètre à double faisceau UV-1601 PC (Shimadzu, Japon) à une résolution de 1 nm. Les spectres ont été enregistrés dans la région comprise entre 200 et 800 nm.

2.4. Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR)

L’échantillon a été préparé par une technique de pastille pressée [13]. Les échantillons ont été mélangés avec KBr et granulées pour l’analyse. Les spectres FTIR ont été enregistrés dans la plage de 4000 à 400 cm-1.

 

2.5. Diffraction des rayons X (XRD)

La nature (cristalline / amorphe) de la formulation a été analysée par DRX. Les pics XRD de TK ont été enregistrés dans la gamme de 5-100 (2Ө) en utilisant le rayonnement CuKα (λ = 1,5418 Å). Tous les profils de diffraction ont été mesurés par DRX et comparés aux données de la bibliothèque du comité mixte sur les normes de diffraction des poudres (JCPDS).

2.6 Caractérisation microscopique et élémentaire

Une pincée d’échantillon a été saupoudrée sur une bande de carbone double face et montée sur des embouts en aluminium placés à l’intérieur d’une chambre étanche. La partie sélectionnée a été analysée par SEM (microscopie édition spéciale Carl Zeiss EVO 18) et par EDX sous ultra-vide (système de microanalyse à rayons X à dispersion d’instruments Oxford) pour examiner la composition morphologique et élémentaire.

2.7 Distribution de taille

La taille des particules, la distribution et le potentiel zêta (charge de surface) de la formulation TK ont été déterminés à l’aide d’un environnement électroacoustique, où l’oscillation des particules chargées en solution aqueuse génère un courant alternatif entre le courant de vibration colloïdale et le courant de vibration [14]. La taille des particules (Zetasizer, Malvern Instruments, Royaume-Uni) et sa distribution (indice de polydispersité (PDI)) ont été mesurées.

3. Résultats et discussion

La formulation de TK était peu soluble dans des solvants tels que l’eau, le DMSO et l’éthanol en raison de sa teneur en soufre, confirmée par un test qualitatif. Lorsqu’il est oxydé, il augmente la solubilité en interagissant avec les groupes hydroxyle des molécules d’eau [6]. Avec cette compréhension, des analyses supplémentaires ont été effectuées quantitativement pour évaluer la composition élémentaire ainsi que la caractérisation structurelle.

3.1. Caractérisation spectrale et structurelle des savoirs traditionnels

La spectroscopie UV-visible est utilisée pour caractériser les métaux et les minéraux. Le spectre d’absorption UV – vis-à-vis de la formulation de TK est présenté à la figure 1a. La formulation présente un pic caractéristique à 290 nm. Cela confirme la présence de As. Cependant, il y a davantage de pics distraits, qui ont été comparés aux spectres de référence standard de la base de données de spectres atomiques du NIST (Fig. 1b) [15], [16], [17], [18]. Cela confirme en outre le caractère mixte de l’arsenic, tel que l’As (I, II, III et IV). Cela correspond presque aux résultats publiés de Karayunlu et Ay [19].

 

Fig. 1

Fig. 1. Spectres UV – visible observés (a) et prévus (b) de la formulation de TK.

 

Le spectre FTIR de la formulation TK est illustré à la figure 2. La présence de métal et de sels métalliques dans la formulation peut être déduite des vibrations inter-atomiques (dans la région de l’empreinte digitale). Les pics ont été observés à 540, 802,23, 1033,77, 1643,24 et 3433,06 cm-1, respectivement. La région d’empreinte digitale était assignée à 540 SS (disulfure), 802.23 As, AsH (CH coude) et 1033.77 CS [20]. Les pics à 3433,06 et 1643,24 ont été identifiés et attribués à OH étirement et flexion, respectivement. Cela peut être dû aux molécules d’eau atmosphériques (teneur en humidité) lors de la manipulation de l’échantillon. Les pics observés correspondent au métal inorganique et à son sel [13]. Aucun autre composé organique n’est présent [21], [22]. Ceci permet de déterminer la pureté de l’échantillon lors du processus de pudam (calcination).

 

Fig. 2

Fig. 2. Spectres de transmission infrarouge de la formulation TK.

 

 

La nature cristalline et la taille des grains ont été étudiées par DRX. La taille des cristallites a été calculée à partir des données de largeur totale moitié maximum des pics de diffraction de rayons X. On a trouvé que la taille moyenne des grains était de 30,11 nm en utilisant la formule de Scherrer, D = 0⋅9λ / β cosθ, où D est la taille des particules, λ la longueur d’onde, β, θ sont la demi-largeur des raies de diffraction des rayons X et la moitié angle de diffraction de 2θ. Le schéma de diffraction de la formulation est présenté à la figure 3. Le schéma de diffraction a été comparé aux données JCPDS (tableau 1). Les pics observés (2θ) à 18,12, 22,54 et 36,32 sont des signatures de As2S3 d’après les données du JCPDS (n ° 19-0084). Le pic qui apparaît en 18 correspond à l’orpiment (As2S3) [23]. Les pics (20) à 13,49, 21,94, 27,54, 28,75 et 32,69 ont été comparés aux données JCPDS et se sont avérés être As (rhomboédrique) avec une intensité moyenne de 90 (unité arbitraire). Les pics (2θ) observés à 18,12, 26,04, 31,01, 42,06, 46,01 et 54,62 ont été identifiés comme étant As2S3 (monoclinique). L’apparition du pic à 26,04 (2θ) correspond à l’arsénolite As2O3 (JCPD n ° 02-0530).

Fig. 3

Fig. 3. Schéma DRX de la formulation de TK.

 

Table 1. The validation of experimental data with JCPDS database.

 

2-theta (deg) Predicted value Int-f Face Compound Size (nm) System JCPDS PDF number
13.49 14.75 100 (012) As 35.34 Rhombhohedral 01-1019
18.12 18.12 100 (020) As2S3 45.30 Monoclinic 19-0084
21.94 21.73, 21.85 20, 90 (110) As 5.035 Rhombhohedral 01-1019, 02-0872
26.04 26.44 90 (232) As2O3 38.10 Monoclinic 02-0530
26.27 26.27 8 (202) As 53.17 Rhombhohedral 01-1019
27.54 27.70 30 (211) As2S3 31.91 Monoclinic 19-0084
28.75 28.67 60 (101) As 30.67 Rhombhohedral 03–0749
31.00 30.94 20 (400) As2S3 30.35 Monoclinic 19-0084
31.91 31.64 30 (202) As 22.43 Rhombhohedral 02-0872
32.69 32.05, 32.27 100,100 (012), (004) As 34.75 Rhombhohedral 03-0749, 05-0632
42.06 42.22 10 (311) As2S3 25.71 Monoclinic 19-0084
43.33 43.15 30 (217) As 13.64 Rhombhohedral 02-0872
44.34 44.13 60 (104) As 53.83 Rhombhohedral 03-0749
46.01 46.09 5 (212) As2S3 30.73 Monoclinic 19-0084
52.03 52.29 50 (223) As 13.28 Rhombhohedral 03-0754
54.62 54.31 30 (441) As2S3 23.98 Monoclinic 19-0084
57.35 57.95 50 (116) As 32.85 Rhombhohedral 03-0754

 

3.2. Caractérisation morphologique et élémentaire des savoirs traditionnels

La composition morphologique et élémentaire a été analysée par SEM et EDX. Les nanoparticules ont été observées sous forme de mélange hétérogène de taille comprise entre 0,5 et 60 nm (voir figure 4B). Cela peut améliorer la perméabilité et l’efficacité. Ils étaient anisotropes et distribués sous forme de structures sphériques ou en plaques (Fig. 4a). Les structures en forme de plaque présentent un intérêt en raison des rapports surface / volume élevés par rapport aux structures sphériques. De plus, l’anisotropie de forme joue un rôle important dans leur réactivité chimique [24]. L’apparition de pores à l’intérieur des plaquettes peut indiquer une agrégation de particules minuscules [25]. Les pores supportent également une structure ondulée en couches d’orpiment [26].

 

Fig. 4

Fig. 4. La monographie SEM (a) et l’histogramme de la distribution granulométrique (b) de la formulation TK.

 

La partie sélectionnée du spectre EDX révèle la présence d’As (46,65%), de S (29,02%), d’O (23,41%) et de Ca (0,92%) (Fig. 5). Les résultats suggèrent que la formulation peut contenir As, S et O. La proportion de soufre est plus que l’oxygène pour se lier à As. Bien que l’arsenic puisse former des liaisons covalentes avec l’oxygène et le soufre, le pourcentage d’atomes suggère que la formulation peut contenir principalement des atomes liés au soufre, sous forme d’orpiment (As2S3) ou de realgar (As2S4), et moins vraisemblablement d’As2O3. La nature des liaisons et des arrangements atomiques de l’orpiment et du realgar peut être liée à leur stabilité, car ils sont stables dans une large plage de température [27].

Fig. 5

Fig. 5. Spectre EDX de la formulation TK.

 

Les mesures de potentiel zêta ont été effectuées pour étudier la stabilité colloïdale de la formulation de TK (figure 6A). La taille moyenne mesurée de la formulation s’est avérée être de 821,8 nm et le diamètre hydrodynamique d’environ 87 nm (figure 6B). Ceci est en accord avec les nanoparticules de realgar rapportées avec une différence de taille [25]. Le PDI de la formulation 0,99 a montré une variance relative dans la distribution granulométrique (PDI> 0,7) [28]. Cela confirme également que l’hétérogénéité de forme et de taille est due au caractère mixte de l’arsenic (comme dans les images SEM, Fig. 4A).

 

Fig. 6

Fig. 6. Potentiel zêta (a) et distribution en taille (b) de la formulation de TK.

 

Les analyses structurelles, élémentaires et morphologiques suggèrent que l’arsenic peut exister principalement, soit l’orpiment (As2S3), soit le realgar (As2S4). La possibilité est moindre pour l’arsénolite toxique (As2O3), comme l’indique le spectre EDX. La forme oxydée est probablement due à la calcination. Cependant, il n’est pas clair si l’arsénolite existe sous forme de particules individuelles ou sous forme d’alliage avec orpiment ou realgar? Il est supposé que le realgar et l’orpiment forment le noyau avec de l’arsénolite en surface. Cependant, d’autres études sont nécessaires dans cette direction pour confirmer.

4. Conclusion

La formulation thérapeutique traditionnelle caractérisée est un mélange complexe de composés d’arsenic. L’hétérogénéité de la taille et de la forme a été observée pour le mélange (comme le confirme l’indice de polydispersité). La formulation peut être considérée comme sûre car elle contient très moins de forme oxyde. La principale limite de l’étude est qu’il n’existe pas d’échantillon de contrôle approprié. C’est donc un défi majeur pour les mélanges de métaux, car ils varient d’un lot à l’autre. De plus, il n’existe pas de spécimens supplémentaires sur le marché pour garantir la composition élémentaire. Des études complémentaires sur la normalisation sont nécessaires pour confirmer l’innocuité et l’efficacité.

Conflit d’intérêt

Il n’y en a pas. Cette recherche n’a reçu aucune subvention spécifique d’organismes de financement des secteurs public, commercial ou à but non lucratif.

Remerciements

Le premier auteur remercie chaleureusement le Dr Arul Amuthan, maître de conférences en pharmacologie, Melaka Manipal Medical College, Université Manipal. Merci au centre MUTBI (Technology Business Incubation) de l’Université Manipal d’agrandir les installations XRD, SEM et EDX. Dernier point mais non le moindre, Département de biotechnologie et de chimie, Institut de technologie de Manipal, Université de Manipal, pour avoir fourni les installations de base nécessaires à la réalisation des travaux de recherche.

 

 

 

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