Синергетический антибактериальный эффект наночастиц меди и серебра и механизм их действия

Том 13 научных докладов, Номер статьи: 9202 (2023) Цитировать эту статью

1046 доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

Бактериальные инфекции являются одной из основных причин смертности во всем мире. В случае местных бактериальных инфекций, таких как раневые инфекции, серебро (Ag) исторически было одним из наиболее широко используемых антибактериальных средств. Однако научные публикации продемонстрировали неблагоприятное воздействие серебра на клетки человека, экотоксичность и недостаточный антибактериальный эффект для полной ликвидации бактериальных инфекций. Использование Ag в форме наночастиц (НЧ, 1–100 нм) позволяет контролировать высвобождение антибактериальных ионов Ag, но все же недостаточно для устранения инфекции и предотвращения цитотоксичности. В этом исследовании мы проверили эффективность НЧ оксида меди (CuO) с различной функциональностью для усиления антибактериальных свойств НЧ Ag. Изучено антибактериальное действие смеси НЧ CuO (CuO, CuO–NH2 и CuO–COOH) с НЧ Ag (без покрытия и с покрытием). Комбинации CuO и Ag NP были более эффективны, чем Cu или Ag (NP) по отдельности, против широкого спектра бактерий, включая устойчивые к антибиотикам штаммы, такие как грамотрицательные Escherichia coli и Pseudomonas aeruginosa, а также грамположительные Staphylococcus aureus, Enterococcus faecalis и Стрептококк дисгалактия. Мы показали, что положительно заряженные НЧ CuO усиливают антибактериальный эффект НЧ Ag до 6 раз. Примечательно, что по сравнению с синергией НЧ CuO и Ag синергия соответствующих ионов металлов была низкой, что позволяет предположить, что поверхность НЧ необходима для усиления антибактериального эффекта. Мы также изучили механизмы синергии и показали, что основными механизмами синергии являются продукция ионов Cu+, более быстрое растворение Ag+ из НЧ Ag и снижение связывания Ag+ белками инкубационной среды в присутствии Cu2+. Таким образом, комбинации CuO и Ag NP позволили увеличить антибактериальный эффект до 6 раз. Таким образом, использование комбинаций CuO и Ag NP позволяет сохранить превосходные антибактериальные эффекты за счет Ag и синергии и усилить полезные эффекты, поскольку Cu является жизненно важным микроэлементом для клеток человека. Таким образом, мы предлагаем использовать комбинации Ag и НЧ CuO в антибактериальных материалах, таких как средства для ухода за ранами, для увеличения антибактериального эффекта Ag, повышения безопасности, а также предотвращения и лечения местных бактериальных инфекций.

Разработка новых антибактериальных препаратов является одним из главных приоритетов, отмеченных Всемирной организацией здравоохранения и научным сообществом1. Недавний метаанализ показал, что в 2019 году 4,95 миллиона смертей были связаны с устойчивостью к антибиотикам, и подчеркнул необходимость принятия срочных мер по борьбе с устойчивыми к антибиотикам бактериальными инфекциями2. Раневая инфекция — это один из типов хронической инфекции, которая может привести к тяжелым последствиям, таким как ампутация конечностей, а при отсутствии лечения — к смерти. В 15–27% случаев бактериальная раневая инфекция приводит к гангрене, требующей ампутации конечности3, что демонстрирует неэффективность существующих стратегий лечения раневых инфекций и необходимость улучшения подходов.

В области традиционных антибиотиков комбинаторная синергетическая концепция в настоящее время рассматривается как один из наиболее многообещающих подходов к лечению бактериальных инфекций и предотвращению резистентности4. Сочетание различных препаратов позволяет снизить дозу препаратов и, таким образом, вызывает меньшее количество побочных эффектов по сравнению с монотерапией5.

Однако антибиотики применяются системно, а их комбинации имеют непредсказуемый фармакокинетический профиль. Местно применяемые комбинации NP позволяют обойти эти недостатки системных антибиотиков. Таким образом, мы считаем весьма перспективным применение синергетических НЧ. Мы предполагаем, что из-за различных механизмов действия на бактерии НЧ Cu и Ag обладают более высокой антибактериальной эффективностью при совместном применении, тогда как Cu усиливает антибактериальную эффективность НЧ Ag — лучших известных на сегодняшний день антибактериальных средств на основе металлов. Кроме того, Cu является микроэлементом и полезен для заживления ран, стимулируя миграцию фибробластов, способствуя синтезу коллагена, играет важную роль в ангиогенезе, способствует заживлению ран6 и регенерации костей7. Таким образом, комбинации Cu и Ag NP могут иметь превосходный антибактериальный эффект, улучшать заживление ран и, следовательно, быть очень полезным средством лечения инфицированных ран.