هنا ، نقدم مركبات أكسيد الجرافين / النحاس (GO / Cu) النانوية كمادة نانوية مضادة للبكتيريا. تم تقييم الفعالية المضادة للبكتيريا للمركبات النانوية GO / Cu ضد كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسالبة الجرام المقاومة للمضادات الحيوية.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
هنا ، نقدم مركبات أكسيد الجرافين / النحاس (GO / Cu) النانوية كمادة نانوية مضادة للبكتيريا. تم تقييم الفعالية المضادة للبكتيريا للمركبات النانوية GO / Cu ضد كل من البكتيريا إيجابية الجرام وسالبة الجرام المقاومة للمضادات الحيوية.
المضادات الحيوية هي حاليا العلاج المضاد للبكتيريا الأكثر استخداما لقتل البكتيريا. ومع ذلك ، فإن البكتيريا تطور مقاومة عند التعرض المفرط باستمرار للمضادات الحيوية. يعد تطوير العوامل المضادة للميكروبات التي يمكن أن تحل محل المضادات الحيوية الموجودة أمرا ضروريا لأن البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية لديها آليات مقاومة لجميع المضادات الحيوية الحالية ويمكن أن تعزز عدوى المستشفيات. لمواجهة هذا التحدي ، في هذه الدراسة ، نقترح مركبات نانوية من أكسيد الجرافين / النحاس (GO / Cu) كمواد مضادة للبكتيريا يمكن أن تحل محل المضادات الحيوية الموجودة. تتميز المركبات النانوية GO / Cu بالمجهر الإلكتروني النافذ والمجهر الإلكتروني الماسح. أنها تظهر أن الجسيمات النانوية النحاس (Cu) تنمو بشكل جيد على صفائح أكسيد الجرافين. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام طريقة مرق التخفيف الدقيق لتأكيد فعالية المادة المضادة للميكروبات ضد المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA) والزائفة الزنجارية (P. aeruginosa) ، والتي غالبا ما تكون متورطة في عدوى المستشفيات. على وجه التحديد ، يتم التخلص من 99.8 ٪ من MRSA و 84.7 ٪ من P. aeruginosa بواسطة 500 ميكروغرام / مل من المركبات النانوية GO / Cu. يمكن للمركبات النانوية المعدنية القضاء على البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية عن طريق إطلاق الأيونات ، وتشكيل أنواع الأكسجين التفاعلية ، وإتلاف البكتيريا جسديا. توضح هذه الدراسة إمكانات المركبات النانوية GO / Cu المضادة للبكتيريا في القضاء على البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية.
الالتهابات البكتيرية لها تأثير كبير على الصحة العامة. البكتيريا المسببة للأمراض ، على وجه الخصوص ، يمكن أن تتهرب من آليات الحماية في الجسم وتسبب الأمراض1. تستخدم المضادات الحيوية على نطاق واسع لعلاج الالتهابات البكتيرية. ومع ذلك ، فإن الاستخدام غير المناسب للمضادات الحيوية قد عجل بظهور البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. في الوقت الحالي ، تسببت عدوى المستشفيات التي تعزى إلى البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية في مضاعفات ملحوظة في مرافق الرعاية الصحية2. لسوء الحظ ، البكتيريا لديها آليات مقاومة لجميع المضادات الحيوية الحالية3. لذلك ، فإن تطوير مضادات حيوية جديدة أمر ضروري ، على الرغم من وجود احتمال كبير لظهور آليات المقاومة.
برزت الجسيمات النانوية المعدنية كعوامل واعدة لمكافحة البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية بسبب خصائصها الفعالة المضادة للبكتيريا4،5،6. من الصعب على البكتيريا تطوير آليات مقاومة ضد الجسيمات النانوية المعدنية لأنها لا ترتبط بأي مستقبلات بكتيرية محددة7. على وجه الخصوص ، الجسيمات النانوية للفضة والنحاس وأكسيد الزنك هي محور بحث مكثف بسبب فعاليتها المضادة للبكتيرياالرائعة 8،9،10،11،12،13. تعزى سمية الجسيمات النانوية المعدنية تجاه البكتيريا إلى ثلاث آليات أساسية: 1) إطلاق أيونات المعادن ، 2) توليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) ، مثل • OH و • O2− ، و 3) التفاعل الجسدي والتعلق 4,14.
في هذه الدراسة ، تم تطوير المركبات النانوية لأكسيد الجرافين / النحاس (GO / Cu) كعامل مضاد للميكروبات. النحاس (Cu) يقتل بكفاءة مسببات الأمراض التي تواجه سطحه ويتداخل مع تكاثر الجينات البكتيرية. ومع ذلك ، فهو عنصر دقيق أساسي في جسم الإنسان ، وهو أقل سمية لخلايا الثدييات لأنه يحتوي على آليات استتباب تنظم تركيزات النحاس داخل الخلايا4. عندما تتأكسد الجسيمات النانوية Cu ، فإنها تولد أيونات النحاس ، والتي لها تقارب مرتفع نسبيا للبكتيريا سالبة الشحنة15,16. ترتبط أيونات النحاس بالهياكل الخلوية (مثل البروتينات والأغشية والحمض النووي) ، مما يعطل وظائف الخلية17. من خلال توليف الجسيمات النانوية Cu على سطح أكسيد الجرافين (GO) ، يمكن التحكم في معدل إطلاق أيونات المعادن18،19،20. يظهر GO أيضا تأثيرا مضادا للبكتيريا عن طريق منع الالتصاق البكتيري بسطح خشن من خلال الإجهاد التأكسدي أو عن طريق تكوين ROS21,22. علاوة على ذلك ، تطلق المركبات النانوية GO / Cu المزيد من أنواع الأكسجين التفاعلية أكثر من GO من خلال العمل الكيميائي ل Cu2+ ، مما يؤدي إلى إتلاف البروتينات البكتيرية والحمض النووي ، مما يؤدي إلى موت البكتيريا23,24.
تحدد هذه الورقة بروتوكول توليف المركبات النانوية GO / Cu وتقدم نهج اختبار مضاد للميكروبات ضد البكتيريا السريرية MRSA و P. aeruginosa ، وهي سلالات البكتيريا المقاومة للأدوية المتعددة الأكثر شيوعا والتي تسبب عدوى المستشفيات25. يهدف هذا البروتوكول إلى إدخال طريقة اختزال كيميائية سهلة لتوليف المركبات النانوية GO / Cu التي يمكن أن تعيق نمو البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. نستخدم كلوريد النحاس الثنائي (CuCl2) وبوروهيدريد الصوديوم (NaBH4) كسلائف وعامل اختزال، على الترتيب. يصف البروتوكول أيضا تفاصيل تطبيق هذه المركبات النانوية على البكتيريا باستخدام طريقة مرق التخفيف الدقيق. لاستبعاد الأخطاء الناتجة عن تداخل امتصاص الجسيمات النانوية المعدنية وإجراء تقييمات دقيقة ، يتم تقييم القدرة المضادة للبكتيريا باستخدام طريقة عد المستعمرات.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. تحضير المركبات النانوية GO / Cu
ملاحظة: يتم تحديد حجم ومورفولوجيا الجسيمات النانوية Cu التي تنمو على صفائح GO النانوية من خلال درجة أكسدة GO ، وتركيز السلائف Cu ، وتركيز عامل الاختزال26.
2. إعداد البكتيريا لاختبار مضاد للجراثيم
تنبيه: يجب إجراء هذا الإجراء في خزانة أمان بيولوجي مع مصباح كحولي. يجب تعقيم النفايات البكتيرية قبل التخلص منها. عند التعامل مع البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية ، يجب ارتداء القفازات والعباءات والأقنعة ، ويجب غسل اليدين بالصابون أو معقم اليدين بعد التجربة. دائما تطهير تماما. في حالة حدوث تلوث في المنطقة التجريبية ، قم بتطهيرها على الفور بنسبة 70٪ من الإيثانول.
(1)3. اختبار مضاد للجراثيم باستخدام طريقة مرق التخفيف الدقيق
(2)الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم إجراء تحليلات المجهر الإلكتروني النافذ (TEM) ، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) ، والتحليل الطيفي للأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDS) لتأكيد تكوين المركبات النانوية GO / Cu. يوضح الشكل 1 أ ، ب أن جسيمات النحاس النانوية غير المتجانسة نمت على صفائح GO. كما هو موضح في الشكل 1C ، أكد تعيين EDS أن الجسيمات الموجودة على ورقة GO كانت جسيمات نانوية نحاسية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
هنا ، نبلغ عن طريقة منخفضة التكلفة وبسيطة لإعداد صفائح GO النانوية المودعة بجسيمات النحاس النانوية ، والتي ستكون طريقة فعالة محتملة للقضاء على البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. الخطوة الحاسمة في توليف المركبات النانوية GO / Cu هي تشتيت GO و CuCl2 تماما في المحلول والحفاظ على درجة حرارة مرتفعة أثناء خلطها. علاوة على ذلك ، يجب إجراء خطوة الأكسدة والاختزال بسرعة لأن عامل الاختزال يسبب تفاعل اختزال بمجرد ملامسته للماء. بشكل عام ، تميل الجسيمات النانوية Cu بقوة إلى التجميع الذات...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الدكتور جونغون تشوي هو الرئيس التنفيذي / المؤسس ، والدكتور يونغهيون تشوي هو الرئيس التنفيذي للتكنولوجيا في معهد فاينمان للتكنولوجيا في مؤسسة الطب النانوي.
تم دعم هذا البحث من خلال منحة أبحاث جامعة Chung-Ang في عام 2022 (خلال إجازة التفرغ للأستاذ Jonghoon Choi). تم دعم هذا البحث أيضا من قبل برنامج أبحاث العلوم الأساسية من خلال المؤسسة الوطنية للبحوث الكورية (NRF) ، بتمويل من وزارة التعليم (No. RS-2023-00275006) ، ومنحة المعهد الكوري لصناعة وتكنولوجيا البيئة (KEITI) بتمويل من وزارة البيئة الكورية (MOE) (رقم 2022002980003). تم الحصول على MRSA السريرية و P. aeruginosa من مستشفى جامعة تشونغ آنغ.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| المضادات الحيوية المضادة للفطريات | جيبكو | 15240062 | |
| سلالات بكتيرية MDR السريرية ؛ | مستشفى جامعة تشونغ أنج (سيول ، كوريا الجنوبية) | ||
| ثنائي هيدرات كلوريد النحاس (II) | دوكسان | 10125-13-0 | |
| المجهر الإلكتروني الماسح الضوئي للانبعاث الميداني (FE-SEM) | كارل زايس | SIGMA | |
| أكسيد الجرافين | سيجما | 796034 | |
| بوروهيدريد الصوديوم | سيجما | 71320 | |
| المجهر الإلكتروني للإرسال (TEM) | JEOL | JEM-2100 | |
| Tryptic Soy Agar | BD difco | 236950 | |
| مرق الصويا Tryptic | BD difco | 211825 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.