Caracterización de los efectos antibacterianos mejorados de las nuevas nanopartículas de plata

Caracterización de los efectos antibacterianos mejorados de las nuevas nanopartículas de plata.

Introducción

La nanotecnología implica la adaptación de materiales a nivel atómico para lograr propiedades únicas, que pueden manipularse adecuadamente para las aplicaciones deseadas [1]. La mayoría de los procesos naturales también tienen lugar en el régimen de escala nanométrica. Por lo tanto, una confluencia de nanotecnología y biología puede abordar varios problemas biomédicos y puede revolucionar el campo de la salud y la medicina [2]. La nanotecnología se emplea actualmente como una herramienta para explorar las avenidas más oscuras de las ciencias médicas de varias maneras como imágenes [3], detección [4], administración de fármacos dirigida [5] y sistemas de administración de genes [6] e implantes artificiales [7]. Por lo tanto, las partículas orgánicas e inorgánicas de tamaño nanométrico están encontrando cada vez más atención en aplicaciones médicas [8] debido a su capacidad para la funcionalización biológica. Basados en una mayor eficacia, los medicamentos de la nueva era son nanopartículas de polímeros, metales o cerámicas, que pueden combatir condiciones como el cáncer [9] y combatir patógenos humanos como bacterias [10–14].

Durante mucho tiempo se ha sabido que la plata tiene un efecto desinfectante y ha encontrado aplicaciones en medicinas tradicionales y artículos culinarios. Varias sales de plata y sus derivados se emplean comercialmente como agentes antimicrobianos [15]. Por lo tanto, las nanopartículas de plata han sido adecuadamente investigadas por su propiedad antibacteriana [11-14]. Se han hecho esfuerzos encomiables para explorar esta propiedad mediante microscopía electrónica, que ha revelado una interacción de grandes nanopartículas de plata con bacterias [13]. Las nanopartículas de plata se han estudiado como un medio para la administración de antibióticos [16], y para sintetizar compuestos para su uso como filtros desinfectantes [17] y materiales de recubrimiento [18]. Sin embargo, la propiedad bactericida de estas nanopartículas depende de su estabilidad en el medio de crecimiento, ya que esto imparte un mayor tiempo de retención para la interacción bacteria-nanopartícula. Existe un fuerte desafío en la preparación de nanopartículas de plata lo suficientemente estables como para restringir significativamente el crecimiento bacteriano.

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Figura 1. Espectros de absorción UV-visible durante varias etapas de reducción de iones de plata a nanopartículas de plata y después de diferentes tiempos de envejecimiento. Las imágenes del recuadro muestran los cambios de color antes (o), durante (b) y después del proceso de reducción (a). Los espectros mantienen el patrón incluso después de 15 días (c) y un mes (d) de conservación en condiciones ambientales

En la presente investigación reportamos la síntesis de nanopartículas de plata altamente estables dotadas de importantes propiedades antibacterianas. Los estudios se llevaron a cabo tanto en cepas resistentes a antibióticos como no resistentes de gram-negativas y en cepas no resistentes de bacterias gram-positivas. También se sometió a análisis una cepa resistente a múltiples fármacos de bacterias gram-negativas para examinar el efecto antibacteriano de las nanopartículas. Se han hecho esfuerzos para comprender el mecanismo molecular subyacente de tales acciones antimicrobianas. Se encontró que el efecto de las nanopartículas era significativamente más pronunciado en las cepas gramnegativas, independientemente de si las cepas son resistentes o no, que en los organismos grampositivos. Observamos una magnitud similar del efecto antibacteriano en concentraciones de plata que son cinco veces menores que en los casos informados previamente [11]. Atribuimos este efecto antibacteriano mejorado de las nanopartículas a su estabilidad en el medio como un coloide, que modula el perfil de fosfotirosina de las proteínas bacterianas y detiene el crecimiento bacteriano.

2.2. Síntesis de nanopartículas de plata.

Se preparó una solución de iones Ag 0,01 M disolviendo 0,017 g de AgNO3 en 100 ml de agua desionizada. Durante el proceso, se agregaron gota a gota aditivos como amoniaco (30%), de modo que los iones de plata formaron un complejo soluble estable. La solución obtenida se utilizó como precursor de las nanopartículas de plata. Una mezcla de agentes reductores como D-glucosa e hidracina se usó durante la síntesis de las nanopartículas. La mezcla era esencial para controlar la tasa de reducción de manera que se lograra una tasa óptima. Se ha demostrado que una mayor tasa de reducción forma grupos de nanopartículas de plata con estabilidad reducida [11]. Aproximadamente 110 ml de dicha mezcla de agentes reductores (a una concentración de 0.01 M) se incorporaron en 100 ml de solución madre de nitrato de plata (0.01 M) con agitación continua. Esto aseguró la reducción completa de los iones de plata para formar nanopartículas de plata a una concentración de 0,005 M en medios acuosos. El pH de las nanopartículas así formadas se mantuvo a 7,4 con ácido cítrico (1 M). Las soluciones marrones de nanopartículas de Ag se almacenaron en viales de vidrio cerrados en condiciones ambientales para futuros experimentos.

2.4. Análisis de la actividad antibacteriana de las nanopartículas de plata.

El efecto de las nanopartículas de plata en bacterias gramnegativas y grampositivas se investigó cultivando los organismos en placas de agar LB (106 unidades formadoras de colonias (UFC) de cada cepa por placa) suplementadas con nanopartículas en concentraciones de 5, 10, 25 o 35 μg. ml − 1. Se utilizaron placas sin nanopartículas de plata como controles. Las placas se incubaron durante 24 h a 37 ◦ C y se contó el número de colonias. Se promediaron los recuentos en tres placas correspondientes a una muestra particular.

Para estudiar el crecimiento de bacterias en caldo líquido, se administraron inoculaciones de colonias frescas en placas de agar en 100 ml de medio de cultivo LB. Se permitió el crecimiento hasta que la densidad óptica alcanzó 0,1 a 600 nm (OD de 0,1 corresponde a una concentración de 108 UFC 1 ml de medio). Posteriormente, se agregaron 2 × 108 UFC de arriba a 100 ml de medio LB líquido complementado con 5, 10, 15 o 25 µg ml-1 de nanopartículas de plata. Los caldos de control se utilizaron sin nanopartículas. Antibióticos (ampicilina, 100 μg ml -1; kanamicina, 25 μg ml -1; cloranfenicol, 32 μg ml -1; trimetoprim, 16 μg ml -1; amoxicilina, 40 μg ml -1) se agregaron a diferentes medios según sea apropiado. La tasa de crecimiento se determinó midiendo la densidad óptica a 600 nm a intervalos regulares. Para definir mejor el efecto de las nanopartículas de plata en bacterias grampositivas, S. aureus se expuso a dosis más altas de nanopartículas de plata (50 y 100 μg ml-1) y se estudió el crecimiento.

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