Forbedring af den antimikrobielle aktivitet af sølvnanopartikler mod patogener ved at bruge teekstrakter

Forskere ved Institut for Fysisk Kemi ved Det Polske Videnskabsakademi (IPC PAS) har påvist, at grøn te-sølv nanopartikler som et kraftfuldt værktøj mod patogener såsom bakterier og gær. Deres arbejde er udgivet i Nanoscale Advances .

Deres mål var at udvikle en effektiv metode til at bekæmpe bakterier, der ellers er upåvirket af antimikrobielle midler, såsom antibiotika.

Overforbruget af antibiotika har ført til fremkomsten af ​​resistens over for disse forbindelser, og er blevet en af ​​de største sundhedstrusler på verdensplan.

Som følge heraf er antibiotikaresistens opstået hurtigere end fremskridtene inden for antibiotika, et fænomen, der er forsket af et hold af videnskabsmænd fra IPC PAS under opsyn af prof. Jan Paczesny, som foreslog nye nanoformuleringer til brug mod udbredte og udfordrende patogener såsom ESKAPE bakterier (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa og Enterobacter spp.) og andre problematiske gærpatogener såsom Candida auris eller Cryptococcus neoformans.

Disse mikroorganismer, behandlet med kommercielt tilgængelige antibiotika, udvikler hurtigt antibiotikaresistens. Forskere valgte ESKAPE som målgruppe, da disse patogener fører til alvorlige sygdomme, fra sepsis til endda kræft.

For et par måneder siden besluttede Paczesnys team at prøve at kombinere sølvnanopartikler, som er kendt for deres antimikrobielle og svampedræbende egenskaber, og teekstrakter rige på polyphenoler, der har antioxidantegenskaber. Konceptet blev bygget til at øge bredspektret effektivitet mod patogener ved hjælp af grønne hybride sølvnanopartikler (AgNP'er), som er betydeligt mere effektive end alle ingredienser og endda mere effektive end visse antibiotika.

Hvorfor er disse hybridpartikler så specielle? I deres arbejde blev tre velkendte tevarianter:sort te (B-Tea), grøn te (G-Tea) og Pu-erh te (R-Tea) brugt som dækningsmiddel, der fungerer som en stabilisator for at beskytte de syntetiserede partikler fra aggregation. På denne måde tilbyder partiklerne et højt aktivt overfladeareal sammenlignet med andre formuleringer. Derudover er en sådan syntese miljøvenlig til brug af naturlige ingredienser under nedbør.

De producerede strukturer varierer i form og størrelse fra 34 til 65 nm, afhængigt af den type te, der anvendes under syntesen, og viser forskellig reaktivitet over for mikroorganismer.

Oprindeligt blev sølvnanopartikler produceret i nærvær af teekstrakter (B-TeaNPs, G-TeaNPs og R-TeaNPs) brugt til at behandle gramnegative (E. coli) og grampositive (E. faecium) bakteriestammer for at teste effekt på stammer med forskellige cellekappemorfologier. De så på interaktionerne mellem de fremstillede nanopartikler og patogenerne for at bestemme effektiviteten og sammenlignede resultaterne med kommercielt tilgængelige antibiotika.

ESKAPE-patogenerne blev derefter testet i henhold til en protokol for den mest effektive koncentration og sammensætning af partiklerne, hvilket afslørede et fald på op til 25 % i antallet af bakterieceller i E. faecium og et fald på 90 % i tilfælde af E. cloacae . Interessant nok udviste de grønne sølvnanopartikler også svampedræbende aktivitet, hvilket førte til et fald på 80 % i antallet af levedygtige celler i C. auris og et fald på omkring 90 % for C. neoformans.

Sada Raza, undersøgelsens første forfatter, hævder, "Hvad mere er, er størrelsen af ​​nanopartikler normalt relateret til den cytotoksiske virkning af nanomaterialer, hvor mindre partikler er mere cytotoksiske. Dette burde favorisere kontrol AgNP'er og R-TeaNP'er frem for G-TeaNP'er og B-TeaNP'er i vores eksperimenter Dette var ikke tilfældet. I de fleste eksperimenter viste C-AgNP'er og R-TeaNP'er den laveste antimikrobielle effekt aktivitet af AgNP'er."

De antibakterielle og svampedræbende egenskaber ved sølvnanopartikler fremstillet med teekstrakter er større end sølvnanopartiklernes egenskaber alene på grund af deres høje indhold af phenolforbindelser, isoflavonoider (især katekiner såsom epigallocatechin (EGC) og epigallocatechin gallat (EGCG)). Disse kombinationer, der bruger biologisk aktive teekstrakter og mindre mængder af sølvnanopartikler, ser ud til at være en potentiel måde at bekæmpe en række infektioner på og endda erstatte antibiotika i nogle applikationer.

"Vi konstaterede, at sølvnanopartikler syntetiseret med teekstrakter har højere antibakterielle egenskaber end sølvnanopartikler alene. Derfor kunne lavere doser af TeaNP'er bruges (0,1 mg mL ⁻¹ ). Vi bekræftede, at den synergistiske effekt af teekstrakter og sølvnanopartikler i nogle tilfælde muliggjorde en højere effektivitet end antibiotika (ampicillin), når de blev testet i de samme koncentrationer (0,1 mg mL ⁻¹ ) og efter en relativt kort eksponeringstid på tre timer," siger Mateusz Wdowiak, medforfatter til dette værk.

Forskerne fandt ud af, at de antimikrobielle hybridnanopartikler resulterede i en betydelig reduktion af bakterier sammenlignet med antibiotika eller forbindelser separat. Selvom ikke alle bakterier blev dræbt, er dette en væsentlig forbedring, der kunne hjælpe med behandlingen af ​​superbugs ved at bruge meget lavere doser end andre kommercielt tilgængelige forbindelser.

Mængden af ​​hybride sølvnanopartikler, der er nødvendige for at overvinde bakterier eller svampeinfektioner, er ekstremt lav, hvilket gør dem omkostningseffektive, så nøglen til at bruge dem godt er ikke kun funktionalitet, men også de lave omkostninger ved påføring.

Det er en tilgang, der også kan tilpasses til at bekæmpe andre vanskelige at behandle bakterielle infektioner. De nye nanopartikler udviklet af forskere ved IPC PAS kan bringe os et skridt tættere på effektivt at dræbe dødelige lægemiddelresistente superbugs, hvilket giver et alternativ til antibiotika mod Gram-negative og Gram-positive bakterier. Denne undersøgelse viser også, hvor meget mere arbejde der skal gøres på dette område. Forbindelser anvendt separat var meget mindre effektive end den grønne hybrid.

I fremtiden er forskernes hovedmål at bruge nanopartikler i hverdagen, begyndende med landbrugsapplikationer. I en større skala kan det foreslåede materiale også bruges i biomedicinske applikationer, såsom et tilsætningsstof til sårbandager for at beskytte mod gramnegative og grampositive bakterier. De håber også at bruge nanoteknologi til at udvikle mere målrettede behandlinger for lægemiddelresistente superbugs.

Flere oplysninger: Sada Raza et al., Forbedring af den antimikrobielle aktivitet af sølvnanopartikler mod ESKAPE-bakterier og nye svampepatogener ved at bruge teekstrakter, Nanoscale Advances (2023). DOI:10.1039/D3NA00220A

Leveret af det polske videnskabsakademi