Verbetering van de antimicrobiële activiteit van zilveren nanodeeltjes tegen ziekteverwekkers door gebruik te maken van thee-extracten

Onderzoekers van het Instituut voor Fysische Chemie van de Poolse Academie van Wetenschappen (IPC PAS) hebben aangetoond dat groene thee-zilveren nanodeeltjes een krachtig hulpmiddel zijn tegen ziekteverwekkers zoals bacteriën en gisten. Hun werk is gepubliceerd in Vooruitgang op nanoschaal.

Hun doel was om een ​​efficiënte methode te ontwikkelen om bacteriën te bestrijden die anders niet worden aangetast door antimicrobiële middelen, zoals antibiotica.

Het overmatig gebruik van antibiotica heeft geleid tot de opkomst van resistentie tegen deze verbindingen, waardoor het een van de grootste gezondheidsbedreigingen ter wereld is geworden.

Als gevolg hiervan is antibioticaresistentie sneller ontstaan ​​dan de vooruitgang van antibiotica, een fenomeen dat is onderzocht door het team van wetenschappers van de IPC PAS onder supervisie van prof. Jan Paczesny, die nieuwe nanoformuleringen voorstelde voor gebruik tegen wijdverbreide en uitdagende pathogenen zoals ESKAPE. bacteriën (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa en Enterobacter spp.) en andere problematische gistpathogenen zoals Candida auris of Cryptococcus neoformans.

Deze micro-organismen, behandeld met in de handel verkrijgbare antibiotica, ontwikkelen snel antibioticaresistentie. Onderzoekers kozen ESKAPE als doelgroep omdat deze ziekteverwekkers tot ernstige ziekten leiden, van sepsis tot zelfs kanker.

Een paar maanden geleden besloot het team van Paczesny om zilveren nanodeeltjes, die bekend staan ​​om hun antimicrobiële en schimmelwerende eigenschappen, te combineren met thee-extracten die rijk zijn aan polyfenolen en die antioxiderende eigenschappen bezitten. Het concept is ontwikkeld om de breedspectrum-werkzaamheid tegen ziekteverwekkers te verbeteren met behulp van groene hybride zilveren nanodeeltjes (AgNP’s), die aanzienlijk effectiever zijn dan alle ingrediënten en zelfs effectiever dan bepaalde antibiotica.

Waarom zijn deze hybride deeltjes zo bijzonder? In hun werk werden drie bekende theesoorten: zwarte thee (B-Tea), groene thee (G-Tea) en Pu-erh thee (R-Tea) gebruikt als afdekmiddel, dat als stabilisator werkt om de thee te beschermen de gesynthetiseerde deeltjes uit aggregatie. Op deze manier bieden de deeltjes een hoog actief oppervlak in vergelijking met andere formuleringen. Bovendien is een dergelijke synthese milieuvriendelijk voor het gebruik van natuurlijke ingrediënten tijdens neerslag.

De geproduceerde structuren variëren in vorm en grootte van 34 tot 65 nm, afhankelijk van het type thee dat tijdens de synthese wordt gebruikt, en vertonen een verschillende reactiviteit ten opzichte van micro-organismen.

Aanvankelijk werden zilveren nanodeeltjes geproduceerd in de aanwezigheid van thee-extracten (B-TeaNPs, G-TeaNPs en R-TeaNPs) gebruikt om Gram-negatieve (E. coli) en Gram-positieve (E. faecium) bacteriestammen te behandelen om de effect op stammen met verschillende celenvelopmorfologieën. Ze keken naar de interacties tussen de vervaardigde nanodeeltjes en de ziekteverwekkers om de werkzaamheid te bepalen, waarbij ze de resultaten vergeleken met in de handel verkrijgbare antibiotica.

De ESKAPE-pathogenen werden vervolgens volgens een protocol getest op de meest effectieve concentratie en samenstelling van de deeltjes, waarbij een afname tot 25% van het aantal bacteriecellen in E. faecium en een afname van 90% in het geval van E. cloacae aan het licht kwam. . Interessant genoeg vertoonden de groenzilvernanodeeltjes ook antischimmelactiviteit, wat leidde tot een afname van 80% in het aantal levensvatbare cellen van C. auris en ongeveer een afname van 90% voor C. neoformans.

Sada Raza, de eerste auteur van het onderzoek, beweert: “Bovendien is de grootte van nanodeeltjes meestal gerelateerd aan het cytotoxische effect van nanomaterialen, waarbij kleinere deeltjes cytotoxischer zijn. Dit zou de controle-AgNP’s en R-TeaNP’s moeten bevorderen boven G-TeaNP’s en B-TeaNP’s in onze experimenten. Dit was niet het geval. In de meeste experimenten vertoonden C-AgNP’s en R-TeaNP’s de laagste antimicrobiële werkzaamheid. Dit komt overeen met andere onderzoeken, die aantoonden dat grootte geen primaire factor is die de antimicrobiële werking beïnvloedt. activiteit van AgNP’s.”

De antibacteriële en schimmelwerende eigenschappen van zilveren nanodeeltjes gemaakt met thee-extracten zijn groter dan die van alleen zilveren nanodeeltjes vanwege hun hoge gehalte aan fenolverbindingen, isoflavonoïden (vooral catechines zoals epigallocatechine (EGC) en epigallocatechinegallaat (EGCG)). Deze combinaties, waarbij gebruik wordt gemaakt van biologisch actieve thee-extracten en kleinere hoeveelheden zilveren nanodeeltjes, lijken een potentiële manier om een ​​reeks infecties te bestrijden en in sommige toepassingen zelfs antibiotica te vervangen.

“We hebben vastgesteld dat zilveren nanodeeltjes, gesynthetiseerd met thee-extracten, hogere antibacteriële eigenschappen hebben dan alleen zilveren nanodeeltjes. Daarom kunnen lagere doseringen TeaNP’s worden gebruikt (0,1 mg ml⁻¹). We bevestigden dat in sommige gevallen het synergetische effect van thee-extracten en zilveren nanodeeltjes een hogere werkzaamheid mogelijk maakte dan die van antibiotica (ampicilline) bij testen in dezelfde concentraties (0,1 mg ml⁻¹) en na een relatief korte belichtingstijd van drie uur”, zegt Mateusz Wdowiak, co-auteur van dit werk.

De onderzoekers ontdekten dat de antimicrobiële hybride nanodeeltjes resulteerden in een significante vermindering van het aantal bacteriën in vergelijking met antibiotica of verbindingen afzonderlijk. Hoewel niet alle bacteriën zijn gedood, is dit een aanzienlijke verbetering die de behandeling van superbacteriën zou kunnen ondersteunen met veel lagere doses dan andere in de handel verkrijgbare verbindingen.

De hoeveelheid hybride zilveren nanodeeltjes die nodig is om bacteriën of schimmelinfecties te bestrijden is extreem laag, waardoor ze kosteneffectief zijn. De sleutel tot een goed gebruik ervan is dus niet alleen de functionaliteit, maar ook de lage toepassingskosten.

Het is een aanpak die ook kan worden aangepast om andere moeilijk te behandelen bacteriële infecties te bestrijden. De nieuwe nanodeeltjes die zijn ontwikkeld door onderzoekers van het IPC PAS kunnen ons een stap dichter brengen bij het effectief doden van dodelijke, resistente superbacteriën, en kunnen een alternatief bieden voor antibiotica tegen Gram-negatieve en Gram-positieve bacteriën. Uit dit onderzoek blijkt ook hoeveel werk er op dit gebied nog te doen is. Afzonderlijk gebruikte verbindingen waren veel minder effectief dan de groene hybride.

In de toekomst is het belangrijkste doel van de onderzoekers om nanodeeltjes in het dagelijks leven te gebruiken, te beginnen met agrarische toepassingen. Op grotere schaal zou het voorgestelde materiaal ook gebruikt kunnen worden in biomedische toepassingen, zoals een additief voor wondverbanden ter bescherming tegen Gram-negatieve en Gram-positieve bacteriën. Ze hopen ook nanotechnologie te gebruiken om meer gerichte behandelingen voor medicijnresistente superbacteriën te ontwikkelen.