Method Article

تقييم الأنشطة المضادة للميكروبات للجسيمات النانوية والأسطح ذات البنية النانوية في المختبر

DOI:

10.3791/64712

⸱

April 21st, 2023

 ,  , 
1Microbiology Graduate Program, University of California, Riverside, 2Department of Bioengineering, University of California, Riverside, 3Materials Science & Engineering Program, University of California, Riverside

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقدم أربع طرق لتقييم الأنشطة المضادة للميكروبات للجسيمات النانوية والأسطح ذات البنية النانوية باستخدام تقنيات المختبر . يمكن تكييف هذه الطرق لدراسة تفاعلات الجسيمات النانوية المختلفة والأسطح ذات البنية النانوية مع مجموعة واسعة من الأنواع الميكروبية.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم استكشاف الأنشطة المضادة للميكروبات للجسيمات النانوية والأسطح ذات البنية النانوية ، مثل الفضة وأكسيد الزنك وثاني أكسيد التيتانيوم وأكسيد المغنيسيوم ، سابقا في البيئات السريرية والبيئية وفي المنتجات الغذائية الاستهلاكية. ومع ذلك ، فإن عدم الاتساق في الأساليب والمواد التجريبية المستخدمة قد بلغ ذروته في نتائج متضاربة ، حتى بين الدراسات لنفس أنواع البنية النانوية والأنواع البكتيرية. بالنسبة للباحثين الذين يرغبون في استخدام الهياكل النانوية كمادة مضافة أو طلاء في تصميم المنتج ، فإن هذه البيانات المتضاربة تحد من استخدامها في البيئات السريرية.

لمواجهة هذه المعضلة ، نقدم في هذه المقالة أربع طرق مختلفة لتحديد الأنشطة المضادة للميكروبات للجسيمات النانوية والأسطح ذات البنية النانوية ، ومناقشة قابليتها للتطبيق في سيناريوهات مختلفة. من المتوقع أن يؤدي تكييف الأساليب المتسقة إلى بيانات قابلة للتكرار يمكن مقارنتها عبر الدراسات وتنفيذها لأنواع مختلفة من البنية النانوية والأنواع الميكروبية. نقدم طريقتين لتحديد الأنشطة المضادة للميكروبات للجسيمات النانوية وطريقتين للأنشطة المضادة للميكروبات للأسطح ذات البنية النانوية.

بالنسبة للجسيمات النانوية ، يمكن استخدام طريقة الاستزراع المشترك المباشر لتحديد الحد الأدنى من تركيزات الجسيمات النانوية المثبطة والحد الأدنى للجراثيم ، ويمكن استخدام طريقة ثقافة التعرض المباشر لتقييم نشاط الجراثيم في الوقت الفعلي مقابل نشاط مبيد للجراثيم الناتج عن التعرض للجسيمات النانوية. بالنسبة للأسطح ذات البنية النانوية ، يتم استخدام طريقة الاستزراع المباشر لتحديد صلاحية البكتيريا بشكل غير مباشر ومباشر على اتصال مع الأسطح ذات البنية النانوية ، وتستخدم طريقة التعرض للتلامس المركز لفحص النشاط المضاد للميكروبات في منطقة معينة من سطح نانوي. نناقش المتغيرات التجريبية الرئيسية التي يجب مراعاتها في تصميم الدراسة في المختبر عند تحديد الخصائص المضادة للميكروبات للجسيمات النانوية والأسطح ذات البنية النانوية. كل هذه الطرق منخفضة التكلفة نسبيا ، وتستخدم تقنيات يسهل إتقانها نسبيا وتكرارها من أجل الاتساق ، وتنطبق على مجموعة واسعة من أنواع البنية النانوية والأنواع الميكروبية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في الولايات المتحدة وحدها ، يصاب 1.7 مليون شخص بعدوى مكتسبة من المستشفى (HAI) سنويا ، مع واحد من كل 17 من هذه العدوى يؤدي إلى الوفاة1. بالإضافة إلى ذلك ، تشير التقديرات إلى أن تكاليف علاج HAIs تتراوح من 28 مليار دولار إلى 45 مليار دولار سنويا 1,2. تسود هذه المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA)3,4 و Pseudomonas aeruginosa4 ، والتي عادة ما يتم عزلها عن التهابات الجروح المزمنة وعادة ما تتطلب علاجا مكثفا ووقتا لإنتاج نتيجة إيجابية للمريض.

على مدى ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لتقديم الثقافة المشتركة المباشرة وطرق التعرض المباشر ، نستخدم جسيمات أكسيد المغنيسيوم النانوية (nMgO) كمادة نموذجية لإظهار التفاعلات البكتيرية. لتقديم الثقافة المباشرة وطرق التعرض للتلامس المركز ، نستخدم سبيكة Mg مع أسطح ذات بنية نانوية كأمثلة.

1. تعقيم المواد النانوية

ملاحظة: يجب تعقيم جميع المواد النانوية أو تطهيرها قبل الزراعة الميكروبية. تشمل الطرق التي يمكن استخدامها الحرارة والضغط والإشعاع والمطهرات ، ولكن يجب تحديد تحمل المواد لكل طريقة قبل التجارب في المختبر .

  1. الجسيمات النانوية
    ملاحظة: يمكن تخزين العينات في مذيب عضوي مثل الإيثانول أو تعبئتها في طبق أو صندوق متبوعا با....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تحديد النشاط المضاد للبكتيريا لجسيمات أكسيد المغنيسيوم النانوية والأسطح ذات البنية النانوية باستخدام أربع طرق في المختبر قابلة للتطبيق عبر أنواع مختلفة من المواد والأنواع الميكروبية.

تفحص الطريقة A والطريقة B الأنشطة البكتيرية عند تعرضها للجسيمات النانوية في مرحلة التأخر (الطريقة A) ومرحلة السجل (الطريقة B) لمدة 24 ساعة أو أكثر. تقدم الطريقة A نتائج فيما يتعلق ب MIC و MBC ، بينما تحدد الطريقة B التأثيرات المثبطة مقابل المبيدات للجراثيم للجسيمات النانوية. تفحص الطريقة C الأنشطة البك.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لقد قدمنا أربع طرق في المختبر (A-D) لتوصيف الأنشطة المضادة للبكتيريا للجسيمات النانوية والأسطح ذات البنية النانوية. في حين أن كل طريقة من هذه الطرق تحدد النمو البكتيري وصلاحيته بمرور الوقت استجابة للمواد النانوية ، يوجد بعض الاختلاف في الطرق المستخدمة لقياس كثافة البذر البكتيري الأولية والنمو والصلاحية بمرور الوقت. ثلاثة من هذه الطرق ، طريقة الاستزراع المشترك المباشر (A) 17 ، طريقة الاستزراع المباشر (C) 14 ، وطريقة التعرض للتلامس المركز (D) 16

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقدر المؤلفون الدعم المالي المقدم من مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية (جائزة NSF CBET 1512764 و NSF PIRE 1545852) ، والمعاهد الوطنية للصحة (NIH NIDCR 1R03DE028631) ، وزمالة تطوير أعضاء هيئة التدريس بجامعة كاليفورنيا (UC) Regents ، ولجنة منحة البذور البحثية (Huinan Liu) ، ومنحة برنامج إرشاد أبحاث الخريجين بجامعة كاليفورنيا في ريفرسايد الممنوحة لباتريشيا هولت توريس. يقدر المؤلفون المساعدة المقدمة من المرفق المركزي للفحص المجهري المتقدم والتحليل المجهري (CFAMM) في جامعة كاليفورنيا ريفرسايد لاستخدام SEM / EDS والدكتور بيري تشيونغ لاستخدام XRD. يود المؤلفون أيضا أن يشكروا مورغان إليزابيث ناتور وسامهيثا تومكور على مساعدتهم في التجارب وتحليل البيانات. أي آراء أو نتائج أو استنت....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
1.5 مل أنبوب الطرد المركزيالدقيق Milipore SigmaZ336777
80 لتر NTRL فرن تجفيف حراري معتمد   ؛شركة MTIBPG-7082https://www.mtixtl.com/BPG-7082.aspx
(هيدروكسي ميثيل) عازلة أمينوميثان درجة الحموضة 8.5 ؛ تريس العازلة سيجما ألدريتش 42457
AnaSpec  THIOFLAVIN T ULTRAPUREGRADE فيشر العلمي50-850-291
مضاعفة الإلكترون مقترن بالشحنة كاميرا رقمية HamamatsuC9100-13
Falcon 15 مل أنابيب مخروطيةFisher Scientific14-959-49B
GluteraldehydeSigma-Aldrich   ؛G5882
مقياس الدمBrightline، Hausser Scientific1492
البلازما المقترنة بالحث - مطياف الانبعاث البصري (ICP-OES)PerkinElmer8000
المجهر العكسينيكونEclipse Ti-S
Luria Bertani BrothSigma Life Science L3022
مرق لوريا بيرتاني + أجارسيجما علوم الحياة L2897
MacroTube 5.0   المعيار العلميC1005-T5-ST
جسيمات أكسيد المغنيسيوم النانويةالأمريكية للأبحاث النانوية ، شركةالأسهم #:  US3310      MMgO, 99+٪, 20 نانومتر
MS شبه مايكرو التوازنMettler توليدوMS105D
ورقة النيتروسليلوزفيشربراند09-801A
غير معالجة الأنسجة 12 بئر البوليسترينلوحة فالكون كورنينج العلامة التجارية 351143
المعالجة بالأنسجة 48 بئر من البوليسترينFalcon Corning Brand  351178
البوليسترين غير المعالجة بالأنسجة 96 بئرFalcon Corning Brand   ؛351172
طبق بتري 100 ممVWR470210-568
طبق بتري ، 15 ممفيشربراندFB0875713A
مقياس الأس الهيدروجينيVWRSP70P
الفحص المجهري الإلكتروني الماسح (SEM) TESCAN  ؛Vega3 SBH
SonicatorVWR97043-936
أجهزة الطرد المركزي على الطاولةفيشر ScientificaccuSpin Micro 17
أجهزة الطرد المركزي أعلى الطاولة  Eppendorf5430
Tryptic Soy AgarMP1010617
مرق الصويا TrypticSigma-Aldrich22092-500G
UV-Vis الطيف الضوئي   ؛TecanInfinite 200 PROhttps://lifesciences.tecan.com/plate_readers/infinite_200_pro
VWR Benchmark Incu-shaker 10LVWRN / A
X-RAY DEFRACTION  PanalyticalN / APANalytical Empyrean Series 2
جهاز غير لوحة لوحة جهاز طرد مركزي

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Haque, M., Sartelli, M., McKimm, J., Abu Bakar, M. Health care-associated infections - An overview. Infection and Drug Resistance. 11, 2321-2333 (2018).
  2. O'Connell, K. M. G. Combating multidrug-resistant bacteria: Current strategies for the discov....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Antimicrobial NanoparticlesNanostructured SurfacesIn Vitro EvaluationMinimum Inhibitory ConcentrationBactericidal ConcentrationDirect Co CultureSerial DilutionBacterial ViabilityMagnesium Oxide NanoparticlesMRSA Antimicrobial Activity

Related Articles