È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.

Articolo metodologico

Valutazione delle attività antimicrobiche di nanoparticelle e superfici nanostrutturate in vitro

4.7K visualizzazioni

⸱

DOI:

10.3791/64712

⸱

21 aprile 2023

 ,  , 

In questo articolo

Sommario

Introduciamo quattro metodi per valutare le attività antimicrobiche delle nanoparticelle e delle superfici nanostrutturate utilizzando tecniche in vitro . Questi metodi possono essere adattati per studiare le interazioni di diverse nanoparticelle e superfici nanostrutturate con una vasta gamma di specie microbiche.

Abstract

Le attività antimicrobiche delle nanoparticelle e delle superfici nanostrutturate, come argento, ossido di zinco, biossido di titanio e ossido di magnesio, sono state esplorate in precedenza in contesti clinici e ambientali e in prodotti alimentari di consumo. Tuttavia, la mancanza di coerenza nei metodi sperimentali e nei materiali utilizzati è culminata in risultati contrastanti, anche tra studi sugli stessi tipi di nanostrutture e specie batteriche. Per i ricercatori che desiderano impiegare nanostrutture come additivo o rivestimento nella progettazione di un prodotto, questi dati contrastanti limitano il loro utilizzo in contesti clinici.

Per affrontare questo dilemma, in questo articolo, presentiamo quattro diversi metodi per determinare le attività antimicrobiche delle nanoparticelle e delle superfici nanostrutturate e discutiamo la loro applicabilità in diversi scenari. L'adattamento di metodi coerenti dovrebbe portare a dati riproducibili che possono essere confrontati tra gli studi e implementati per diversi tipi di nanostrutture e specie microbiche. Introduciamo due metodi per determinare le attività antimicrobiche delle nanoparticelle e due metodi per le attività antimicrobiche delle superfici nanostrutturate.

Per le nanoparticelle, il metodo della cocoltura diretta può essere utilizzato per determinare le concentrazioni minime inibitorie e battericide minime di nanoparticelle e il metodo di coltura a esposizione diretta può essere utilizzato per valutare in tempo reale l'attività batteriostatica rispetto all'attività battericida derivante dall'esposizione alle nanoparticelle. Per le superfici nanostrutturate, il metodo della coltura diretta viene utilizzato per determinare la vitalità dei batteri indirettamente e direttamente a contatto con superfici nanostrutturate e il metodo di esposizione a contatto focalizzato viene utilizzato per esaminare l'attività antimicrobica su un'area specifica di una superficie nanostrutturata. Discutiamo le principali variabili sperimentali da considerare per la progettazione di studi in vitro quando si determinano le proprietà antimicrobiche delle nanoparticelle e delle superfici nanostrutturate. Tutti questi metodi sono relativamente a basso costo, impiegano tecniche relativamente facili da padroneggiare e ripetibili per coerenza e sono applicabili a una vasta gamma di tipi di nanostrutture e specie microbiche.

Introduzione

Solo negli Stati Uniti, 1,7 milioni di individui sviluppano un'infezione acquisita in ospedale (HAI) ogni anno, con una su 17 di queste infezioni con conseguente morte1. Inoltre, si stima che i costi di trattamento per le IAA vadano da $ 28 miliardi a $ 45 miliardi all'anno 1,2. Queste ICA sono predominate da Staphylococcus aureus meticillino-resistente (MRSA)3,4 e Pseudomonas aeruginosa4, che sono comunemente isolati dalle infezioni croniche della ferita e di solito richiedono un tratta....

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Protocollo

Per presentare i metodi di co-coltura diretta e di esposizione diretta, utilizziamo nanoparticelle di ossido di magnesio (nMgO) come materiale modello per dimostrare le interazioni batteriche. Per presentare la coltura diretta e i metodi di esposizione a contatto focalizzato, utilizziamo una lega Mg con superfici nanostrutturate come esempi.

1. Sterilizzazione dei nanomateriali

NOTA: Tutti i nanomateriali devono essere sterilizzati o disinfettati prima della coltura microbica. I metodi che possono essere utilizzati includono calore, pressione, radiazioni e disinfettanti, ma la tolleranza dei materi....

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Risultati

L'identificazione dell'attività antibatterica delle nanoparticelle di ossido di magnesio e delle superfici nanostrutturate è stata presentata utilizzando quattro metodi in vitro applicabili a diversi tipi di materiali e specie microbiche.

Il metodo A e il metodo B esaminano le attività batteriche quando esposte a nanoparticelle in una fase di ritardo (metodo A) e in una fase logaritmica (metodo B) per una durata pari o superiore a 24 ore. Il metodo A fornisce risultati per quanto rigu.......

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Discussione

Abbiamo presentato quattro metodi in vitro (A-D) per caratterizzare le attività antibatteriche di nanoparticelle e superfici nanostrutturate. Mentre ciascuno di questi metodi quantifica la crescita batterica e la vitalità nel tempo in risposta ai nanomateriali, esistono alcune variazioni nei metodi utilizzati per misurare la densità iniziale di semina batterica, la crescita e la vitalità nel tempo. Tre di questi metodi, il metodo della cocoltura diretta (A)17, il metodo della coltura dire.......

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Dichiarazioni

Gli autori non hanno conflitti di interesse.

Ringraziamenti

Gli autori apprezzano il sostegno finanziario della National Science Foundation degli Stati Uniti (NSF CBET award 1512764 e NSF PIRE 1545852), del National Institutes of Health (NIH NIDCR 1R03DE028631), della University of California (UC) Regents Faculty Development Fellowship, del Committee on Research Seed Grant (Huinan Liu) e dell'UC-Riverside Graduate Research Mentorship Program Grant assegnato a Patricia Holt-Torres. Gli autori apprezzano l'assistenza fornita dalla Central Facility for Advanced Microscopy and Microanalysis (CFAMM) della UC-Riverside per l'uso di SEM / EDS e dal Dr. Perry Cheung per l'uso di XRD. Gli autori desiderano anche ringraziare Morgan Eliz....

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Provetta per microcentrifuga da 1,5 mLMilipore SigmaZ336777
80 L Forno di essiccazione a convezione certificato NTRLMTI CorporationBPG-7082tampone https://www.mtixtl.com/BPG-7082.aspx
(idrossimetil) amminometano pH 8,5; Tris buffer Sigma-Aldrich 42457
AnaSpec TIOFLAVINA T GRADO ULTRAPURO FisherScientific50-850-291
Fotocamera digitale con dispositivo ad accoppiamento di carica che moltiplica gli elettroni HamamatsuC9100-13
Falcon 15 mL provette conicheFisher Scientific14-959-49B
GluteraldeideSigma-Aldrich Emocitometro G5882
Brightline, Hausser Scientific1492
Plasma accoppiato induttivamente - spettrometria di emissione ottica (ICP-OES)PerkinElmer8000
Microscopio inversoNikonEclipse Ti-S
Luria Bertani BrothSigma Life Science L3022
Luria Bertani Brodo + agarSigma Life Science L2897
MacroTube 5.0   Benchmark ScientificC1005-T5-ST
Nanoparticelle di ossido di magnesioUS Research Nanomaterials, IncStock #:  US3310      MMgO, 99+%, 20 nm
MS Semi-Micro BalanceMettler ToledoMS105D
Carta nitrocellulosicaFisherbrand09-801A
Piastra in polistirene a 12 pozzetti non trattata con tessutoFalcon Corning Brand 
Piastra in polistirene a 48 pozzetti non trattata con tessutiFalcon Corning Brand.
Piastra in polistirene a 96 pozzetti non trattata con tessutiFalcon Corning Brand 
piastra di Petri 100 mmVWR470210-568
piastra di Petri 15 mmFisherbrandFB0875713A
pHmetroVWRSP70P
Microscopia elettronica a scansione (SEM)TESCAN Vega3 SBH
SonicatorVWR97043-936
Centrifuga da tavoloFisher ScientificaccuSpin Micro 17
Centrifuga da tavolo EppendorfCentrifuge 5430
Agar di Soia TritticaMP1010617
Brodo di Soia TritticoSigma-Aldrich22092-500G
Spettrofotometro UV-Vis TecanInfinite 200 PROhttps://lifesciences.tecan.com/plate_readers/infinite_200_pro
VWR Benchmark Incu-shaker 10LVWRN/A
defrazione di potenza a raggi X  PanaliticoN/APANalytical Empyrean Series 2
351143351178351172

Riferimenti

  1. Haque, M., Sartelli, M., McKimm, J., Abu Bakar, M. Health care-associated infections - An overview. Infection and Drug Resistance. 11, 2321-2333 (2018).
  2. O'Connell, K. M. G. Combating multidrug-resistant bacteria: Current strategies for the discov....

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Ristampe e permessi

Esplora altri articoli

Nanoparticelle antimicrobichevalutazione in vitroconcentrazione minima inibitoriaconcentrazione battericidaco-coltura direttadiluizione serialevitalità battericananoparticelle di ossido di magnesioattività antimicrobica contro MRSA