Antibiotické vlastnosti nanočástic - Antibiotic properties of nanoparticles - Wikipedia

Nanočástice byly důkladně studovány kvůli antimikrobiálním vlastnostem za účelem boje super chyba bakterie. Díky zejména několika vlastnostem jsou nanočástice silnými kandidáty jako tradiční antibiotikum léková alternativa. Nejprve mají vysoký poměr povrchové plochy k objemu, což zvyšuje kontaktní plochu s cílovými organismy.[1][2]Za druhé, mohou být syntetizovány z polymerů, lipidů a kovů.[1]Zatřetí, množství chemických struktur, jako např fullereny a oxidy kovů, umožňují různorodou sadu chemických funkcí.

Klíč k účinnosti nanočástic proti kmenům bakterií rezistentních na antibiotika spočívá v jejich malé velikosti. V nano měřítku se částice mohou chovat jako molekuly při interakci s buňkou, která jim umožňuje snadno proniknout buněčnou membránou a zasahovat do životně důležitých molekulárních drah, pokud je to možné.[3]

Kovové nanočástice

Silný výzkumný důraz byl kladen na spuštění produkce nadměrného množství reaktivní formy kyslíku (ROS) pomocí nanočástic injikovaných do bakteriálních buněk. Přítomnost nadměrného ROS může stres buněčná struktura vedoucí k poškození DNA / RNA, snížení aktivity membrány, narušení metabolické aktivity a škodlivých vedlejších reakcí generujících chemikálie, jako je peroxidy.[4][5] Produkce ROS byla obecně vyvolána zavedením oxidu kovu a pozitivně nabitých kovových nanočástic do buňky, jako jsou oxidy železa a stříbrný. Kladný náboj kovu je přitahován k negativnímu náboji buněčné membrány, kterou pak snadno proniká. Redoxní reakce probíhají v buňce mezi kovy a druhy obsahujícími kyslík v buňce za vzniku ROS.[6] Mezi další nové techniky patří využití kvantové tečky jako je telurid kademnatý, pod zdrojem jasného světla k excitaci a uvolnění elektronů; tento proces inicializuje produkci ROS podobně jako kovové nanočástice.[4]

Uhlíkové struktury

Uhlíkové nanostruktury jako např grafen oxidové (GO) plechy, nano trubice, a fullereny mají při použití prokázané antimikrobiální vlastnosti synergicky jinými metodami. UV záření zaměřeno například na listy GO, narušuje aktivitu bakteriálních buněk a růst kolonií produkcí ROS. Dopingové nano trubice nebo fullereny s stříbrný nebo měděné nanočástice může také poškodit schopnost buněk růst a replikovat DNA.[7] Zejména nano trubice a fullereny jsou studovány spíše jako vodné disperze než jako polymery, kovy nebo jiné tradiční suché pevné částice. Přesný mechanismus, který podporuje tuto synergii, není jasně znám, ale předpokládá se, že je spojen s jedinečnou povrchovou chemií uhlíkových nanostruktur (tj. Velkými poměr stran uhlíkových nanotrubiček, vysoká povrchová energie v GO deskách). Lidské aplikace uhlíkových nanomateriálů nebyly testovány kvůli neznámým potenciálním rizikům. Současný výzkum případných karcinogenních účinků uhlíkových nanostruktur je stále ještě v plenkách, a proto na toto téma neexistuje jasná shoda.[8]

Drug Synergies

Nanočástice mohou zvýšit účinky tradičních antibiotik, na které se bakterie mohly stát rezistentní, a celkově snížit minimální inhibiční koncentrace (MIC) potřebné pro drogu. Nanočástice stříbra zlepšují aktivitu amoxicilin, penicilin, a gentamicin v bakteriích změnou permeability membrány a zlepšením dodávky léčiva[9].[10] samotné nanočástice mohou mít antimikrobiální vlastnosti zesílené nebo indukované přidáním organických léčiv. Bylo zjištěno, že částice zlata, i když nejsou ve své podstatě antimikrobiální, exprimují antimikrobiální vlastnosti, když jsou funkcionalizovány ampicilinem.[11] Navíc nanočástice zlata prokázaly zlepšenou permeabilitu membrány přidáním 4,6-diamino-2-pyrimidenthiolu (DAPT) a neantiobiotik aminy (NAA) na jejich povrchy.[12]

Reference

  1. ^ A b Kandi, Venkataramana; Kandi, Sabitha (2015-04-17). „Antimikrobiální vlastnosti nanomolekul: potenciální kandidáti jako antibiotika v éře rezistence na více léčiv“. Epidemiologie a zdraví. 37: e2015020. doi:10,4178 / epih / e2015020. ISSN  2092-7193. PMC  4459197. PMID  25968114.
  2. ^ Hajipour, Mohammad J .; Fromm, Katharina M .; Akbar Ashkarran, Ali; Jimenez de Aberasturi, Dorleta; Larramendi, Idoia Ruiz de; Rojo, Teofilo; Serpooshan, Vahid; Parak, Wolfgang J .; Mahmoudi, Morteza (01. 10. 2012). "Antibakteriální vlastnosti nanočástic" (PDF). Trendy v biotechnologii. 30 (10): 499–511. doi:10.1016 / j.tibtech.2012.06.004. PMID  22884769.
  3. ^ Allahverdiyev, Adil M .; Kon, Kateryna Volodymyrivna; Abamor, Emrah Sefik; Bagirova, Malahat; Rafailovič, Miriam (2011-11-01). „Řešení rezistence na antibiotika: kombinace nanočástic s antibiotiky a jinými antimikrobiálními látkami“. Odborná recenze antiinfekční terapie. 9 (11): 1035–1052. doi:10.1586 / eri.11.121. PMID  22029522. S2CID  24287211.
  4. ^ A b Bennington-Castro, Joseph (01.03.2016). „Bio Focus: Světlem aktivované kvantové tečky zabíjejí superbugy odolné vůči antibiotikům“. Bulletin MRS. 41 (3): 178–179. doi:10.1557 / paní.2016.35. ISSN  0883-7694.
  5. ^ Huh, Ae Jung; Kwon, Young Jik (10.12.2011). ""Nanoantibiotika „: nové paradigma pro léčbu infekčních nemocí pomocí nanomateriálů v éře rezistence na antibiotika“. Journal of Controlled Release. 156 (2): 128–145. doi:10.1016 / j.jconrel.2011.07.002. ISSN  1873-4995. PMID  21763369.
  6. ^ Cheng, Guyue; Dai, Menghong; Ahmed, Saeed; Hao, Haihong; Wang, Xu; Yuan, Zonghui (8. dubna 2016). „Antimikrobiální léky v boji proti antimikrobiální rezistenci“. Hranice v mikrobiologii. 7: 470. doi:10.3389 / fmicb.2016.00470. PMC  4824775. PMID  27092125.
  7. ^ Tegou, Evangelia; Magana, Maria; Katsogridaki, Alexandra Eleni; Ioannidis, Anastasios; Raptis, Vasilios; Jordan, Sheldon; Chatzipanagiotou, Stylianos; Chatzandroulis, Stavros; Ornelas, Catia (2016-05-01). "Podmínky náklonnosti: Bakterie se setkávají s grafenovými nanopovrchy". Biomateriály. 89: 38–55. doi:10.1016 / j.biomaterials.2016.02.030. PMID  26946404.
  8. ^ Rittinghausen, Susanne; Hackbarth, Anja; Creutzenberg, Otto; Ernst, Heinrich; Heinrich, Uwe; Leonhardt, Albrecht; Schaudien, Dirk (2014-11-20). „Karcinogenní účinek různých uhlíkových nanotrubiček s více stěnami (MWCNT) po intraperitoneální injekci u potkanů“. Toxikologie částic a vláken. 11: 59. doi:10.1186 / s12989-014-0059-z. PMC  4243371. PMID  25410479.
  9. ^ Flórez-Castillo, JM, Ropero-Vega, JL, Perullini, M., Jobbágy, M. Biopolymerní pelety z polyvinylalkoholu a alginátu pro zapouzdření peptidu Ib-M6 a jeho antimikrobiální aktivity proti E. coli (2019) Heliyon, 5 (6), čl. Ne. e01872. DOI: 10.1016 / j.heliyon.2019.e01872 Archivováno 11.07.2013 na Wayback Machine
  10. ^ Smekalová, Monika; Aragon, Virginie; Panáček, Aleš; Prucek, Robert; Zboril, Radek; Kvitek, Libor (01.03.2016). „Zvýšený antibakteriální účinek antibiotik v kombinaci s nanočásticemi stříbra proti zvířecím patogenům“. Veterinary Journal (Londýn, Anglie: 1997). 209: 174–179. doi:10.1016 / j.tvjl.2015.10.032. PMID  26832810.
  11. ^ Brown, Ashley N .; Smith, Kathryn; Samuels, Tova A .; Lu, Jiangrui; Obare, Sherine O .; Scott, Maria E. (2012-04-15). „Nanočástice funkcionalizované ampicilinem ničí izoláty rezistentních vůči antibiotikům Pseudomonas aeruginosa a Enterobacter aerogenes a Methicillin rezistentní Staphylococcus aureus“. Aplikovaná a environmentální mikrobiologie. 78 (8): 2768–2774. doi:10.1128 / AEM.06513-11. PMC  3318834. PMID  22286985.
  12. ^ Zhao, Yuyun; Chen, Zeliang; Chen, Yanfen; Xu, Jie; Li, Jinghong; Jiang, Xingyu (04.09.2013). „Synergie neantibiotik a pyrimidinethiolu na nanočástice zlata proti superbugům“. Journal of the American Chemical Society. 135 (35): 12940–12943. doi:10.1021 / ja4058635. PMID  23957534.