Avaliação da atividade antimicrobiana de nanopartículas e superfícies nanoestruturadas in vitro

Summary

Apresentamos quatro métodos para avaliar a atividade antimicrobiana de nanopartículas e superfícies nanoestruturadas usando técnicas in vitro . Estes métodos podem ser adaptados para estudar as interações de diferentes nanopartículas e superfícies nanoestruturadas com uma ampla gama de espécies microbianas.

Abstract

As atividades antimicrobianas de nanopartículas e superfícies nanoestruturadas, como prata, óxido de zinco, dióxido de titânio e óxido de magnésio, têm sido exploradas anteriormente em ambientes clínicos e ambientais e em produtos alimentícios consumíveis. No entanto, a falta de consistência nos métodos experimentais e materiais utilizados tem culminado em resultados conflitantes, mesmo entre estudos dos mesmos tipos de nanoestruturas e espécies bacterianas. Para pesquisadores que desejam empregar nanoestruturas como aditivo ou revestimento em um projeto de produto, esses dados conflitantes limitam sua utilização em ambientes clínicos.

Para enfrentar esse dilema, neste artigo, apresentamos quatro diferentes métodos para determinar as atividades antimicrobianas de nanopartículas e superfícies nanoestruturadas, e discutimos sua aplicabilidade em diferentes cenários. Espera-se que a adaptação de métodos consistentes leve a dados reprodutíveis que possam ser comparados entre estudos e implementados para diferentes tipos de nanoestruturas e espécies microbianas. Apresentamos dois métodos para determinar as atividades antimicrobianas de nanopartículas e dois métodos para as atividades antimicrobianas de superfícies nanoestruturadas.

Para nanopartículas, o método de co-cultura direta pode ser usado para determinar as concentrações inibitórias mínimas e bactericidas mínimas de nanopartículas, e o método de cultura de exposição direta pode ser usado para avaliar a atividade bacteriostática versus bactericida em tempo real resultante da exposição a nanopartículas. Para superfícies nanoestruturadas, o método de cultura direta é usado para determinar a viabilidade de bactérias indiretamente e diretamente em contato com superfícies nanoestruturadas, e o método de exposição de contato focado é usado para examinar a atividade antimicrobiana em uma área específica de uma superfície nanoestruturada. Discutimos as principais variáveis experimentais a serem consideradas para o planejamento de estudos in vitro na determinação das propriedades antimicrobianas de nanopartículas e superfícies nanoestruturadas. Todos esses métodos são de custo relativamente baixo, empregam técnicas relativamente fáceis de dominar e repetíveis para consistência, e são aplicáveis a uma ampla gama de tipos de nanoestruturas e espécies microbianas.

Introduction

Somente nos EUA, 1,7 milhão de indivíduos desenvolvem uma infecção hospitalar adquirida (IRAS) anualmente, sendo que uma em cada 17 dessas infecções resulta em morte¹. Além disso, estima-se que os custos do tratamento das IRAS variem de US$ 28 bilhões a US$ 45 bilhões anuais ^1,2. Essas IACS são predominantes por Staphylococcus aureus resistente à meticilina (MRSA)^3,4 e Pseudomonas aeruginosa4^, que são comumente isoladas de infecções crônicas de feridas operatórias e geralmente requerem t....

Protocol

Para apresentar os métodos de co-cultivo direto e exposição direta, usamos nanopartículas de óxido de magnésio (nMgO) como material modelo para demonstrar interações bacterianas. Para apresentar os métodos de cultura direta e exposição por contato focado, usamos uma liga de Mg com superfícies nanoestruturadas como exemplos.

1. Esterilização de nanomateriais

NOTA: Todos os nanomateriais devem ser esterilizados ou desinfetados antes da cultura microbiana. Os métodos que podem ser usados incluem calor, pressão, radiação e desinfetantes, mas a tolerância dos materiais para cada método deve ser identifi....

Results

A identificação da atividade antibacteriana de nanopartículas de óxido de magnésio e superfícies nanoestruturadas foi apresentada usando quatro métodos in vitro que são aplicáveis em diferentes tipos de materiais e espécies microbianas.

O método A e o método B examinam as atividades bacterianas quando expostas a nanopartículas em uma fase lag (método A) e fase logarítmica (método B) por uma duração de 24 h ou mais. O método A fornece resultados referentes à CIM e CBM, enquanto o métod.......

Discussion

Apresentamos quatro métodos in vitro (A-D) para caracterizar as atividades antibacterianas de nanopartículas e superfícies nanoestruturadas. Embora cada um desses métodos quantifique o crescimento e a viabilidade bacteriana ao longo do tempo em resposta aos nanomateriais, existe alguma variação nos métodos usados para medir a densidade, o crescimento e a viabilidade iniciais da semeadura bacteriana ao longo do tempo. Três desses métodos, o método de co-cultura direta (A)¹⁷, o método de cu.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Tubo de microcentrífuga de 1,5 mL	Milipore Sigma	Z336777
80 L Forno de Secagem por Convecção Certificado NTRL	MTI Corporation	BPG-7082	tampão https://www.mtixtl.com/BPG-7082.aspx
hidroximetil) aminometano pH 8,5; Amortecedor Tris	Sigma-Aldrich	42457
AnaSpec  TIOFLAVINA T GRAU ULTRAPURO	Fisher Scientific	50-850-291
Dispositivo de multiplicação de elétrons acoplado câmera digital	Hamamatsu	C9100-13
Falcon 15 mL	Fisher Scientific	14-959-49B
Gluteraldeído	Sigma-Aldrich	G5882
Hemocitômetro	Brightline, Hausser Scientific	1492
Plasma indutivamente acoplado - espectrometria de emissão óptica (ICP-OES)	PerkinElmer	8000
Microscópio inverso	Nikon	Eclipse Ti-S
Luria Bertani Broth	Sigma Life Science	L3022
Luria Bertani Caldo + ágar	Sigma Life Science	L2897
MacroTube 5.0	Nanopartículas	C1005-T5-ST
	Scientific US Research Nanomaterials, Inc	Stock #:  US3310      M	MgO, 99+%, 20 nm
MS Semi-Micro Balance	Papel de nitrocelulose Mettler Toledo	MS105D
	Fisherbrand	09-801A
Placa de poliestireno de 12 poços não tratada com tecido	Falcon Corning Brand
Placa de poliestireno de 48 poços não tratada com tecido Marca	Falcon Corning
Placa de poliestireno de 96 poços não tratada com tecido	Marca Falcon Corning
Placa de Petri de 100 mm	VWR	470210-568
Placa de Petri, 15 mm	Medidor de pH FB0875713A		Fisherbrand
	VWR	SP70P
Microscopia eletrônica de varredura (SEM)	TESCAN	Centrífuga de mesa Vega3 SBH
Sonicator	VWR	97043-936
Centrífuga de mesa	Fisher Scientific	accuSpin Micro 17
	Eppendorf	Centrífuga 5430
Ágar Soja Tríptica	MP	1010617
Caldo de Soja Tríptico	Sigma-Aldrich	22092-500G
UV-Vis espectrofotômetro	Tecan	Infinite 200 PRO	https://lifesciences.tecan.com/plate_readers/infinite_200_pro
VWR Benchmark Incu-shaker 10L	VWR	N/A
defração de potência de raios-X	Panalytical	N/A	PANalytical Empyrean Série 2