Le infezioni batteriche multiresistenti (MDR) rappresentano una minaccia globale significativa per la salute umana1. Poiché queste infezioni possono essere fatali nei pazienti con condizioni di base, la ricerca attiva sta tentando di affrontare questo problema2. I batteri si sono evoluti per eludere l'azione di vari farmaci. La penicillina, ampiamente conosciuta e accreditata per aver salvato milioni di vite in tutto il mondo, è un antibiotico β-lattamico che inibisce la sintesi della parete cellulare batterica3. Tuttavia, i batteri si sono evoluti per neutralizzare l'efficacia dei farmaci attraverso vari meccanismi come le pompe di efflusso, le alterazioni della transpeptidasi o la diminuzione della permeabilità4. Inoltre, le cellule batteriche possono trasmettere questi geni di resistenza alla generazione successiva, aumentando i tassi di sopravvivenza della generazione successiva e rafforzando il problema dei ceppi resistenti5.
L'aumento dei batteri resistenti agli antibiotici ha portato alla comparsa di batteri MDR, che comunemente mostrano resistenza a più antibiotici. I ceppi MDR si incontrano più frequentemente in ambito ospedaliero, dove più ceppi batterici sono esposti e di conseguenza sviluppano resistenza a diversi antibiotici6. Lo Staphylococcus aureus, in particolare lo S. aureus resistente alla meticillina (MRSA), è un batterio commensale gram-positivo che forma grappoli sulla pelle di circa il 30% degli esseri umani 7,8. L'MRSA, che è stato identificato per la prima volta negli anni '60, mostra una ridotta sensibilità agli antibiotici β-lattamici, con conseguente forte aumento dei tassi di infezionedagli anni '90. Tra i batteri gram-negativi, Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) è uno dei ceppi più diffusi acquisiti negli ospedali. Questa specie, un batterio facoltativo a forma di bastoncello, causa infezioni opportunistiche nell'uomo10. In particolare, i ceppi MDR che incidono direttamente sulla salute umana sono responsabili di oltre il 50 % delle infezioni associate all'assistenza sanitaria11. In questo studio, abbiamo utilizzato i ceppi multiresistenti più comunemente riscontrati negli ospedali, MRSA e P. aeruginosa.
L'uso di nanoparticelle (NP) per scopi antimicrobici è stato ampiamente studiato per affrontare il problema della resistenza agli antibiotici. Le NP metalliche, in particolare, inducono la morte cellulare batterica attraverso vari meccanismi, offrendo una potenziale soluzione al problema della resistenza ai farmaci. Le NP metalliche esercitano attività antimicrobica attraverso molteplici meccanismi, tra cui il rilascio di ioni antimicrobici, la generazione di specie reattive dell'ossigeno (ROS) e la distruzione fisica delle cellule, tra gli altri mezzi12. Le NP composte da argento, rame, ossido di zinco (ZnO) e ossido di titanio possiedono un'elevata efficacia antimicrobica e sono quindi oggetto di ricerca attiva13.
Le NP di ZnO sono state approvate dalla Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti per l'uso nell'uomo. Al contrario, nonostante la loro elevata efficacia antimicrobica, l'uso di NP di argento e rame nell'uomo è limitato dalla loro elevata citotossicità. Tuttavia, le NP di ZnO si trovano comunemente nella vita di tutti i giorni e sono persino presenti in formulazioni di creme solari ampiamente utilizzate14. Da notare che gli ioni Zn2+ rilasciati dalle NP di ZnO sono altamente efficaci nel trattamento batterico, inducendo la morte cellulare batterica attraverso la generazione di ROS e altri meccanismi di danno fisico15.
Questo studio delinea il protocollo per la sintesi di nanoparticelle di ZnO (NP) utilizzando un metodo di precipitazione e introduce un approccio di test antimicrobico utilizzando un metodo di diluizione con microbrodo con campioni clinici di MRSA e P. aeruginosa. Il metodo di precipitazione per le NP di ZnO prevede la sintesi di NP di ZnO solide insolubili regolando il pH e la temperatura utilizzando precursori solubili come l'acetato di zinco o il nitrato di zinco16. Oltre a una produzione relativamente facile e rapida, questo metodo garantisce la ripetibilità nella sintesi e facilita il controllo delle dimensioni e della morfologia delle particelle17. In questo protocollo di sintesi, l'idrossido di sodio (NaOH), uno degli agenti di precipitazione più comunemente usati, è stato utilizzato per precipitare l'acetato di zinco e una piccola quantità di bromuro di esadeciltrimetilammonio (CTAB) è stata impiegata per inibire la sintesi incontrollata delle nanoparticelle18. Tra i vari test antimicrobici, l'attività antibatterica delle nanoparticelle di ZnO è stata valutata utilizzando il metodo di diluizione del microbrodo, che evita l'interferenza ottica delle nanoparticelle di ossido di metallo e consente la misurazione diretta delle colonie per determinare il MIC19.