Evaluación de las actividades antimicrobianas de nanopartículas y superficies nanoestructuradas in vitro

Patricia S. Holt-Torres; Yiqing Chen; Huinan  Hannah Liu

doi:10.3791/64712

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Artículo de método

Evaluación de las actividades antimicrobianas de nanopartículas y superficies nanoestructuradas in vitro

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DOI:

10.3791/64712

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21 de abril de 2023

Patricia S. Holt-Torres¹ , Yiqing Chen³ , Huinan Hannah Liu¹^,²^,³

¹Microbiology Graduate Program, University of California, Riverside, ²Department of Bioengineering, University of California, Riverside, ³Materials Science & Engineering Program, University of California, Riverside

En este artículo

Resumen

Presentamos cuatro métodos para evaluar las actividades antimicrobianas de nanopartículas y superficies nanoestructuradas utilizando técnicas in vitro . Estos métodos se pueden adaptar para estudiar las interacciones de diferentes nanopartículas y superficies nanoestructuradas con una amplia gama de especies microbianas.

Resumen

Las actividades antimicrobianas de nanopartículas y superficies nanoestructuradas, como plata, óxido de zinc, dióxido de titanio y óxido de magnesio, se han explorado previamente en entornos clínicos y ambientales y en productos alimenticios consumibles. Sin embargo, la falta de consistencia en los métodos experimentales y materiales utilizados ha culminado en resultados contradictorios, incluso entre estudios de los mismos tipos de nanoestructuras y especies bacterianas. Para los investigadores que desean emplear nanoestructuras como aditivo o recubrimiento en el diseño de un producto, estos datos contradictorios limitan su utilización en entornos clínicos.

Para enfrentar este dilema, en este artículo, presentamos cuatro métodos diferentes para determinar las actividades antimicrobianas de nanopartículas y superficies nanoestructuradas, y discutimos su aplicabilidad en diferentes escenarios. Se espera que la adaptación de métodos consistentes conduzca a datos reproducibles que puedan compararse entre estudios e implementarse para diferentes tipos de nanoestructuras y especies microbianas. Introducimos dos métodos para determinar las actividades antimicrobianas de las nanopartículas y dos métodos para las actividades antimicrobianas de las superficies nanoestructuradas.

Para las nanopartículas, el método de cocultivo directo se puede utilizar para determinar las concentraciones bactericidas mínimas inhibitorias y mínimas de nanopartículas, y el método de cultivo de exposición directa se puede utilizar para evaluar la actividad bacteriostática en tiempo real frente a la actividad bactericida resultante de la exposición a nanopartículas. Para superficies nanoestructuradas, el método de cultivo directo se utiliza para determinar la viabilidad de las bacterias indirectamente y directamente en contacto con superficies nanoestructuradas, y el método de exposición de contacto enfocado se utiliza para examinar la actividad antimicrobiana en un área específica de una superficie nanoestructurada. Discutimos las variables experimentales clave a considerar para el diseño del estudio in vitro al determinar las propiedades antimicrobianas de nanopartículas y superficies nanoestructuradas. Todos estos métodos son relativamente de bajo costo, emplean técnicas que son relativamente fáciles de dominar y repetibles para la consistencia, y son aplicables a una amplia gama de tipos de nanoestructuras y especies microbianas.

Introducción

Solo en los Estados Unidos, 1.7 millones de personas desarrollan una infección adquirida en el hospital (HAI) anualmente, y una de cada 17 de estas infecciones resulta en la muerte¹. Además, se estima que los costos de tratamiento de las IRAS oscilan entre $ 28 mil millones y $ 45 mil millones anuales ^1,2. Estas IRAS están predominadas por Staphylococcus aureus resistente a meticilina (SARM)^3,4 y Pseudomonas aeruginosa⁴^, que comúnmente se aíslan de infecciones crónicas de heridas y gener....