Évaluation des activités antimicrobiennes des nanoparticules et des surfaces nanostructurées in vitro

Summary

Nous introduisons quatre méthodes pour évaluer les activités antimicrobiennes des nanoparticules et des surfaces nanostructurées à l’aide de techniques in vitro . Ces méthodes peuvent être adaptées pour étudier les interactions de différentes nanoparticules et surfaces nanostructurées avec un large éventail d’espèces microbiennes.

Abstract

Les activités antimicrobiennes des nanoparticules et des surfaces nanostructurées, telles que l’argent, l’oxyde de zinc, le dioxyde de titane et l’oxyde de magnésium, ont déjà été explorées dans des contextes cliniques et environnementaux et dans des produits alimentaires consommables. Cependant, un manque de cohérence dans les méthodes expérimentales et les matériaux utilisés a abouti à des résultats contradictoires, même entre les études des mêmes types de nanostructures et espèces bactériennes. Pour les chercheurs qui souhaitent utiliser des nanostructures comme additif ou revêtement dans la conception d’un produit, ces données contradictoires limitent leur utilisation en milieu clinique.

Pour faire face à ce dilemme, dans cet article, nous présentons quatre méthodes différentes pour déterminer les activités antimicrobiennes des nanoparticules et des surfaces nanostructurées, et discutons de leur applicabilité dans différents scénarios. L’adaptation de méthodes cohérentes devrait conduire à des données reproductibles qui peuvent être comparées entre les études et mises en œuvre pour différents types de nanostructures et espèces microbiennes. Nous introduisons deux méthodes pour déterminer les activités antimicrobiennes des nanoparticules et deux méthodes pour les activités antimicrobiennes des surfaces nanostructurées.

Pour les nanoparticules, la méthode de coculture directe peut être utilisée pour déterminer les concentrations minimales inhibitrices et bactéricides minimales des nanoparticules, et la méthode de culture en exposition directe peut être utilisée pour évaluer en temps réel l’activité bactériostatique par rapport à l’activité bactéricide résultant de l’exposition aux nanoparticules. Pour les surfaces nanostructurées, la méthode de culture directe est utilisée pour déterminer la viabilité des bactéries indirectement et directement en contact avec des surfaces nanostructurées, et la méthode d’exposition par contact focalisé est utilisée pour examiner l’activité antimicrobienne sur une zone spécifique d’une surface nanostructurée. Nous discutons des variables expérimentales clés à prendre en compte pour la conception d’études in vitro lors de la détermination des propriétés antimicrobiennes des nanoparticules et des surfaces nanostructurées. Toutes ces méthodes sont relativement peu coûteuses, utilisent des techniques relativement faciles à maîtriser et reproductibles pour plus de cohérence, et sont applicables à un large éventail de types de nanostructures et d’espèces microbiennes.

Introduction

Rien qu’aux États-Unis, 1,7 million de personnes développent une infection nosocomiale (IAS) chaque année, une infection sur 17 entraînant la mort¹. De plus, on estime que les coûts de traitement des IASS varient de 28 milliards de dollars à 45 milliards de dollars par année ^1,2. Ces IAS sont prédominées par Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline (SARM)^3,4 et Pseudomonas aeruginosa^4, qui sont généralement isolés des infections chroniques des plaies et nécessitent généralement ....

Protocol

Pour présenter les méthodes de co-culture directe et d’exposition directe, nous utilisons des nanoparticules d’oxyde de magnésium (nMgO) comme matériau modèle pour démontrer les interactions bactériennes. Pour présenter les méthodes de culture directe et d’exposition par contact focalisé, nous utilisons un alliage Mg avec des surfaces nanostructurées comme exemples.

1. Stérilisation des nanomatériaux

NOTE: Tous les nanomatériaux doivent être stérilisés ou désinfectés avant la culture microbienne. Les méthodes qui peuvent être utilisées comprennent la chaleur, la pression, le rayonnement et les dési....

Results

L’identification de l’activité antibactérienne des nanoparticules d’oxyde de magnésium et des surfaces nanostructurées a été présentée à l’aide de quatre méthodes in vitro applicables à différents types de matériaux et espèces microbiennes.

Les méthodes A et B examinent les activités bactériennes lorsqu’elles sont exposées à des nanoparticules en phase de décalage (méthode A) et en phase logarithmique (méthode B) pendant une durée de 24 heures ou plus. La méthode A fournit des résulta.......

Discussion

Nous avons présenté quatre méthodes in vitro (A-D) pour caractériser les activités antibactériennes des nanoparticules et des surfaces nanostructurées. Bien que chacune de ces méthodes quantifie la croissance et la viabilité bactériennes au fil du temps en réponse aux nanomatériaux, il existe une certaine variation dans les méthodes utilisées pour mesurer la densité, la croissance et la viabilité initiales de l’ensemencement bactérien au fil du temps. Trois de ces méthodes, la méthode de coculture directe (A)

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Tube de microcentrifugation de 1,5 mL	Milipore Sigma	Z336777
Four de séchage par convection certifié NTRL de 80 L.	MTI Corporation	BPG-7082	Tampon https://www.mtixtl.com/BPG-7082.aspx
(hydroxyméthyl) aminométhane pH 8,5 ; Tris buffer  ;	Sigma-Aldrich  ;	42457
AnaSpec  ; THIOFLAVIN T ULTRAPURE GRADE	Fisher Scientific	50-850-291
Appareil photo numérique à couple de charge multiplicateur d’électrons  ;	Hamamatsu	C9100-13
Falcon 15 mL tubes coniques	Fisher Scientific	14-959-49B
Gluteraldéhyde	Sigma-Aldrich  ;	G5882
Hémocytomètre	Brightline, Hausser Scientific	1492
Plasma à couplage inductif - spectrométrie d’émission optique (ICP-OES)	PerkinElmer	8000
Microscope inverse	Nikon	Eclipse Ti-S
Luria Bertani Broth	Sigma Life Science  ;	L3022
Luria Bertani Bouillon + agar	Sigma Life Science  ;	L2897
MacroTube 5.0  ;   ;	Benchmark Scientific	C1005-T5-ST
Nanoparticules d’oxyde de magnésium	US Research Nanomaterials, Inc	Stock # :  ; US3310  ;   ;   ; M	MgO, 99+ %, 20 nm
MS Semi-Micro Balance	Mettler Toledo	MS105D
Papier nitrocellulosique	Fisherbrand	09-801A
Plaque de polystyrène 12 puits non traitée	aux tissus Falcon Corning Brand  ;
Plaque de polystyrène 48 puits non traitée aux tissus	Falcon Corning Brand  ;
Plaque de polystyrène 96 puits non traitée aux tissus	Falcon Corning Brand  ;
Boîte de Pétri 100 mm	VWR	470210-568
Boîte de Pétri, 15 mm	Fisherbrand	FB0875713A
pH-mètre	VWR	SP70P
Microscopie électronique à balayage (MEB)	TESCAN  ;	Vega3 SBH
Sonicator	VWR	97043-936
Centrifugeuse de table	Fisher Scientific	accuSpin Micro 17
Centrifugeuse de table  ;	Centrifugeuse Eppendorf	5430
Gélose de soja tryptique	MP	1010617
Bouillon de soja tryptique	Sigma-Aldrich	22092-500G
Spectrophotomètre UV-Vis  ;	Tecan	Infinite 200 PRO	https://lifesciences.tecan.com/plate_readers/infinite_200_pro
VWR Benchmark Incu-shaker 10L	VWR	N/A
défraction de puissance des rayons X	; Analytique	N/A	PANalytical Empyrean Series 2