Articolo metodologico

Preparazione di nanoparticelle di ossido di zinco e valutazione dei loro effetti antibatterici

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DOI:

10.3791/66725

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27 settembre 2024

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Integrative Engineering, Chung-Ang University, 2Feynman Institute of Technology, Nanomedicine Corporation, 3Department of Chemical Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology, 4Department of Chemical Engineering, Kumoh National Institute of Technology

* These authors contributed equally

In questo articolo

Sommario

In questo studio, le nanoparticelle di ossido di zinco sono state sintetizzate utilizzando un metodo di precipitazione. L'effetto antibatterico delle particelle sintetizzate è stato testato contro ceppi batterici multiresistenti di Staphylococcus aureus (MRSA) e Pseudomonas aeruginosa .

Abstract

Le infezioni batteriche nosocomiali sono diventate sempre più impegnative a causa della loro intrinseca resistenza agli antibiotici. La comparsa di ceppi batterici multiresistenti negli ospedali è stata attribuita all'uso esteso e variegato di antibiotici, aggravando ulteriormente il problema della resistenza agli antibiotici. I nanomateriali metallici sono stati ampiamente studiati come soluzione alternativa per l'eradicazione delle cellule batteriche resistenti agli antibiotici. Le nanoparticelle metalliche attaccano le cellule batteriche attraverso vari meccanismi, come il rilascio di ioni antibatterici, la generazione di specie reattive dell'ossigeno o la distruzione fisica, contro la quale i batteri non possono sviluppare resistenza. Tra le nanoparticelle metalliche antimicrobiche attivamente studiate, le nanoparticelle di ossido di zinco, approvate dalla FDA, sono note per la loro biocompatibilità e proprietà antibatteriche. In questo studio, ci siamo concentrati sullo sviluppo di un metodo di precipitazione per sintetizzare nanoparticelle di ossido di zinco, analizzare le proprietà di queste nanoparticelle e condurre test antimicrobici. Le nanoparticelle di ossido di zinco sono state caratterizzate utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione (TEM), la diffusione dinamica della luce (DLS), la spettroscopia ultravioletta/visibile e la diffrazione dei raggi X (XRD). I test antibatterici sono stati condotti utilizzando il test di microdiluizione in brodo con i ceppi multiresistenti di Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA) e Pseudomonas aeruginosa. Questo studio ha dimostrato il potenziale delle nanoparticelle di ossido di zinco nell'inibire la proliferazione di batteri resistenti agli antibiotici.

Introduzione

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.

Protocollo

I reagenti e le attrezzature utilizzate in questo studio sono elencati nella Tabella dei materiali.

1. Preparazione di nanoparticelle di ossido di zinco

  1. Misurare 200 ml di alcol etilico assoluto e versarlo in un pallone di vetro a fondo rotondo.
  2. Posizionare il pallone a fondo tondo su un mantello riscaldante e continuare ad agitare a 25-40 °C.
  3. Misurare 500 mg di CTAB in un flaconcino da 50 ml e aggiungerlo all'alcol etilico nel pallone. Mescolare fino a quando il CTAB non si sarà completamente sciolto.
  4. Aggiungere 1,4 g di acetato di zinco nella soluzione e mescolare fino a quando non è completamente sciolto.
  5. Aumentare la temperatura della soluzione impostando la temperatura del mantello riscaldante a 70 °C.
  6. Aggiungere 25 mL di soluzione di NaOH 0,5 M alla miscela e lasciarla agire per 1 ora fino a quando la soluzione limpida diventa di colore bianco.
  7. Aliquotare la soluzione in provette coniche da 50 mL, centrifugare a 15000 × g per 15 minuti a temperatura ambiente, quindi eliminare il surnatante.
  8. Aggiungere 10 ml di acqua distillata in una delle provette coniche e risospendere le nanoparticelle sonicando la soluzione. Trasferire la soluzione sospesa in un altro tubo conico contenente il pellet di ZnO e ripetere l'operazione fino a quando tutte le soluzioni di ZnO sono raccolte in un unico tubo conico.
  9. Lavare le nanoparticelle attraverso la centrifugazione a 15000 × g per 15 minuti (temperatura ambiente), rimuovere il surnatante e risospendere in acqua distillata. Controllare il pH della soluzione surnatante utilizzando carta per il test del pH e ripetere fino a quando il pH della soluzione diventa neutro.
    NOTA: Quando il pH della soluzione surnatante diventa neutro (pH = 7), scartare la soluzione surnatante e non risospendere con acqua distillata.
  10. Asciugare sottovuoto il pallet del campione a 60 °C per 24 ore e ottenere la polvere di ZnO NP.

2. Test antibatterici con MRSA e P. aeruginosa

  1. Coltura batterica
    NOTA: I ceppi batterici clinici MDR sono stati ottenuti dal Chung-Ang University Hospital, Seoul, Corea del Sud.
    1. Estrarre dal congelatore i ceppi batterici MRSA e P. aeruginosa contenuti nel brodo di soia triptico (TSB).
    2. Dopo aver scongelato le soluzioni batteriche, strisciare la soluzione su una piastra di Agar di Soia Triptica (TSA) utilizzando un anello di inoculazione monouso. Posizionare le piastre di agar striate nell'incubatrice e incubare per 24 ore.
      NOTA: Una singola colonia prelevata dalla piastra TSA è stata aggiunta a 10 mL di terreno TSB in una provetta conica da 50 mL utilizzando un circuito di inoculazione batterica. I batteri sono stati coltivati per 24 ore. I batteri sono stati coltivati in condizioni di coltura aerobica a 37 °C.
    3. Per misurare la concentrazione della soluzione batterica, diluire la soluzione coltivata utilizzando una diluizione seriale di 10 volte a 10-6 utilizzando acqua distillata. Successivamente, posizionare 50 μl della soluzione diluita sulle piastre TSA e stendere la soluzione utilizzando uno spandiconcime a forma di L.
    4. Incubare le piastre nell'incubatore per 24 ore.
      NOTA: Le colonie sono state contate otticamente e la concentrazione della soluzione coltivata è stata calcolata moltiplicando i fattori di diluizione per il numero di colonie contate.
  2. Campionamento batterico
    1. Per testare un'ampia gamma di concentrazioni di ZnO, preparare una soluzione di NP di ZnO da 2 mg/mL utilizzando la soluzione salina tamponata con fosfato (DPBS) di Dulbecco ed eseguire una diluizione seriale di 2 volte per ottenere concentrazioni diverse.
      NOTA: Sono stati testati 1000 μg/mL, 500 μg/mL, 250 μg/mL, 125 μg/mL e 62,5 μg/mL.
    2. Aggiungere 100 μl per ciascuna delle concentrazioni testate di NP di ZnO in una piastra a 96 pozzetti.
      NOTA: Utilizzare il doppio (2x) della concentrazione finale desiderata di NP di ZnO, poiché ogni campione nel pozzetto verrà diluito con l'aggiunta di 100 μL di coltura batterica. Utilizzare una soluzione antibiotico-antimicotica (A/A) al 2% come controllo positivo e DPBS come controllo negativo. A/A è un complesso antibiotico di penicillina e streptomicina, efficace rispettivamente contro i batteri gram-positivi e gram-negativi.
    3. Diluire la coltura batterica a 1 × 106 CFU/mL utilizzando terreni TSB e aggiungere 100 μL a ciascun pozzetto contenente diverse concentrazioni di NNP di ZnO.
      NOTA: Le concentrazioni iniziali della soluzione di coltura di MRSA e P. aeruginosa erano 3 x 109 CFU/mL. La concentrazione di coltura batterica 1 x 106 CFU/mL è stata ottenuta mediante diluizione 1/20 e 1/150 della soluzione di coltura. Dopo la miscelazione con 100 μL di NP di ZnO, la concentrazione finale di batteri sarà di 5 × 105 CFU/mL.
    4. Collocare la piastra a 96 pozzetti in un incubatore a 37 °C e incubare per 24 ore.
  3. Diffusione batterica
    1. Pipettare 100 μl da ciascun pozzetto e preparare varie diluizioni seriali da 10 volte fino a 10-6.
      NOTA: Aggiungere 100 μL di NP di ZnO contenenti soluzione batterica in 900 μL di acqua distillata sterilizzata e ripetere 6 volte.
    2. Pipettare 50 μl da quattro soluzioni diluite e aggiungerlo alle piastre dei terreni TSA. Utilizzare un divaricatore cellulare a forma di L per stendere la sospensione batterica sulla piastra di agar.
      NOTA: Utilizzare le diluizioni 100, 10-2, 10-4 e 10-6 . Condurre tutti gli esperimenti in triplice copia. Distribuire fino a quando tutta la soluzione batterica non è assorbita sulla piastra di agar.
    3. Posizionare le piastre di agar in un'incubatrice a 37 °C e incubare per 24 ore.
  4. Conteggio delle CFU batteriche
    1. Selezionare un fattore di diluizione che sia conteggiabile per ogni gruppo. Segnare tutte le colonie nella piastra di diluizione numerabile e ricalcolare in modo che la concentrazione diventi # di CFU/mL.
      NOTA: Il fattore di diluizione numerabile indica piastre che hanno 20-100 CFU su una singola piastra. Risultati della concentrazione inizialmente contati # di CFU/50 μL. Utilizzando la piastra di diffusione con la soluzione batterica non diluita, determinare la potenziale concentrazione battericida minima.
    2. Utilizzare i dati ottenuti per rappresentare la percentuale di batteri vivi rispetto a quelli nel controllo negativo.
      NOTA: Percentuale di batteri vivi (%) =figure-protocol-1

Risultati

Il successo della sintesi delle NP di ZnO è stato confermato utilizzando la microscopia elettronica a trasmissione (TEM), come mostrato nella Figura 1A. È stato osservato che le NP di ZnO ottenute sono di forma rotonda, con una dimensione media delle particelle di 35,35 nm e una deviazione standard di 6,81 nm. La precipitazione di queste nanoparticelle è stata osservata attraverso una reazione a doppio spostamento aggiungendo una soluzione di NaOH all'acetato di zinco, dove gli ioni Zn2+ sono stati sottoposti a idrolisi.

Utilizzando la diffusione dinamica della luce (DLS), la dimensione media e il potenziale zeta delle nanoparticelle sintetizzate sono stati determinati rispettivamente a 130,4 nm e 28,92 mV, come mostrato nella Figura 1B. La discrepanza nella dimensione delle NP di ZnO misurate utilizzando DLS rispetto a quella ottenuta dall'immagine TEM è stata attribuita all'aggregazione di nanoparticelle nude. Il potenziale zeta positivo ha confermato indirettamente l'acquisizione di NP di ZnO, che possono interagire elettrostaticamente con le superfici cellulari batteriche, causando potenzialmente danni fisici. L'entità del potenziale zeta indica la stabilità potenziale di un sistema colloidale. Quando tutte le particelle in una sospensione hanno grandi potenziali zeta positivi o negativi, c'è la tendenza a respingersi l'un l'altra, impedendo l'aggregazione. Le particelle con potenziali zeta superiori a +30 mV o inferiori a -30 mV sono generalmente considerate stabili. Le NP di ZnO sintetizzate hanno mostrato un potenziale zeta di +28,92 mV, indicando una relativa stabilità in acqua20.

Gli spettri di assorbimento delle NP di ZnO sono stati esaminati utilizzando un lettore di micropiastre, rivelando un picco di assorbimento specifico per ZnO a 360 nm (Figura 1C). Il precursore dell'acetato di zinco non ha un picco unico, mentre le NP di ZnO sono note per avere un picco unico a 360-370 nm. La sintesi è stata confermata dalla presenza del picco unico di 360 nm nelle NP di ZnOsintetizzate 21. Queste specifiche caratteristiche di assorbimento UV hanno confermato la sintesi diretta di NP di ZnO. Inoltre, l'analisi della diffrazione a raggi X (XRD) (Figura 1D) ha rivelato picchi cristallini distinti che sono caratteristici dello ZnO. Rispetto alla struttura rappresentativa della wurtzite delle NP di ZnO (JCPDS n. 36-1415), è stato osservato che tutti i piani (1, 0, 0), (0, 0, 2), (1, 0, 1), (1, 0, 2), (1, 1, 0), (1, 0, 3), (2, 0, 0), (1, 1, 2) e (2, 0, 1) e (2, 0, 1) erano allineati22.

L'efficacia antimicrobica delle NP di ZnO sintetizzate è stata valutata utilizzando un test di diluizione con microbrodo contro campioni clinici di P. aeruginosa e MRSA ottenuti dall'ospedale universitario Chung-Ang di Seoul, in Corea del Sud. Sono state acquisite immagini di colture batteriche per l'analisi. Per valutare visivamente l'efficacia antimicrobica delle nanoparticelle utilizzando lo stesso fattore di diluizione, sono state utilizzate piastre di diffusione con soluzione batterica non diluita (Figura 2A, B). Sono state impiegate piastre di diffusione con la soluzione originale per determinare la potenziale concentrazione minima battericida. Poiché le colonie batteriche sono state osservate anche alla massima concentrazione per entrambi i ceppi, non è stato raggiunto un effetto battericida completo. Le concentrazioni batteriche in ciascun gruppo sono state calcolate utilizzando fattori di diluizione numerabili. Confrontando i tassi di sopravvivenza di ciascun gruppo di trattamento con il gruppo di controllo negativo, gli effetti antimicrobici delle NP di ZnO erano evidenti sia nei ceppi di P. aeruginosa che in quelli di MRSA. Considerando l'intervallo di citotossicità studiato delle NP di ZnO, sono state testate diverse concentrazioni di ZnO, a partire dalla più alta concentrazione nota per indurre tossicità, che è di 1000 μg/mL, fino all'intervallo non tossico di 62,5 μg/mL, attraverso la diluizione seriale23,24. Nel caso di P. aeruginosa, l'attività antimicrobica delle NP di ZnO è risultata aumentata in modo concentrazione-dipendente (Figura 2A). Tuttavia, non è stata evidente una diminuzione visibile del numero di colonie batteriche di P. aeruginosa rispetto alla coltura batterica iniziale non diluita (100).

Al contrario, le NP di ZnO hanno mostrato un'elevata attività antimicrobica contro il batterio gram-positivo MRSA, con una notevole diminuzione delle unità formanti colonie batteriche (CFU), come confermato dal confronto delle immagini delle colture batteriche diluite con quelle della coltura batterica iniziale non diluita (100). Questo risultato ha confermato che le NP di ZnO sintetizzate hanno mostrato attività antimicrobica contro entrambi i ceppi batterici, mostrando in particolare una maggiore efficacia contro ilceppo MRSA.

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Figura 1: Caratterizzazione di nanoparticelle di ossido di zinco. (A) Immagini al microscopio elettronico a trasmissione di NP di ZnO sotto diversi ingrandimenti. (B) Distribuzione delle dimensioni (a sinistra) e del potenziale zeta (a destra) mediante analisi DLS. (C) Spettro di assorbanza delle NP di ZnO utilizzando un lettore di micropiastre. (D) Analisi XRD di NP di ZnO e dei loro picchi cristallini. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

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Figura 2: Proprietà antibatteriche delle NP di ZnO testate su ceppi batterici 5 x 105 CFU/mL. (A) Test antibatterico contro il ceppo di P. aeruginosa . (B) Test antibatterico contro il ceppo MRSA . N = controllo negativo (DPBS), P = controllo positivo (A/A). Gli asterischi indicano la differenza statisticamente significativa rispetto ai controlli, ****p ≤ 0,0001. Dati presentati come media ± SD di tre esperimenti indipendenti eseguiti in triplicati. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Discussione

La sintesi di NP di ZnO per precipitazione è relativamente semplice e diretta. Per sintetizzare con successo le NP di ZnO utilizzando questo metodo, l'agitazione è fondamentale per garantire che il precursore (acetato di zinco) sia completamente disciolto nel solvente. Inoltre, l'aumento della temperatura aiuta a indurre una reazione di doppio spostamento di successo. Nella sintesi delle NP di ZnO, ci sono molti fattori che determinano le dimensioni e la forma, tra cui l'agente di precipitazione, la concentrazione dell'agente di precipitazione e il tensioattivo. L'uso di agenti di precipitazione diversi dal NaOH può modificare la forma delle particelle. Come riportato da Gharpure et al.25, quando l'idrossido di ammonio (NH4OH) è stato utilizzato per precipitare l'acetato di zinco con diversi tensioattivi, le particelle sono state per lo più sintetizzate a forma di cono e triangolo. Anche se sintetizzato utilizzando idrossido di potassio (KOH), era difficile vedere le particelle sferiche26. Questa osservazione ha confermato che la precipitazione con NaOH ha facilitato la sintesi di nanoparticelle di ZnO con forme arrotondate.

In questo studio, abbiamo sintetizzato le NP di ZnO utilizzando una piccola quantità di tensioattivo e NaOH grazie alla loro potenziale applicazione in applicazioni biomediche e allo sviluppo di un metodo di sintesi rapida. Di conseguenza, anche se la sintesi di particelle su scala nanometrica di forma rotonda era possibile, la sintesi di particelle sferiche omogenee era limitata senza ulteriori modifiche27. È noto che le NP di ZnO si disperdono bene in solventi non polari o in solventi misti polari e non polari, portando a limitati problemi di stabilità e aggregazione in acqua28,29. Poiché le NP di ZnO erano disperse in DPBS, sono stati osservati fenomeni di aggregazione, che erano evidenti dalla differenza di dimensioni tra le immagini TEM e le misure DLS. Si prevede che l'introduzione di agenti di capping e agenti di accoppiamento come il 3-amminopropiltrietossisilano (APTES) aumenti la dispersione in acqua, sebbene in questo studio non siano state apportate modifiche per valutare le proprietà antimicrobiche intrinseche di ZnO NPs30.

Il metodo di sintesi delle NP di ZnO presentato in questo studio differisce dalle tecniche assistite da microonde o solvotermiche in quanto non richiede alta pressione o calore e non coinvolge alcun linker diverso da una piccola quantità di tensioattivo 31,32. Con un tempo di reazione di sintesi di sole 2 ore, è facilmente accessibile a chiunque. Dal punto di vista delle applicazioni biomediche, questo studio ha valutato le proprietà antibatteriche delle NP di ZnO utilizzando campioni clinici MDR ottenuti dall'Università di Chung-Ang, consentendo la determinazione della concentrazione necessaria di ZnO per l'eradicazione dei batteri in ambienti reali. Rispetto allo studio di Khan et al., in cui la maggior parte dei batteri è stata eradicata nell'intervallo di concentrazione di 60 μg/mL contro P. aeruginosa, è stato riscontrato che i ceppi clinici MDR utilizzati in questo studio hanno mostrato tassi di sopravvivenza più elevati33.

L'efficacia antimicrobica delle NP di ZnO sintetizzate è stata valutata contro i ceppi di P. aeruginosa e MRSA. Dato il breve tempo di raddoppio dei batteri durante l'esperimento, è fondamentale posizionare prima la soluzione di nanoparticelle in una piastra a 96 pozzetti e poi aggiungere prontamente la soluzione batterica. Inoltre, l'impiego di varie diluizioni per la coltura è fondamentale per determinare con precisione l'attività antimicrobica delle nanoparticelle. Anche l'accurata miscelazione della soluzione batterica durante la generazione delle diluizioni seriali di 10 volte è fondamentale; Pertanto, sono necessari un pipettaggio e un vortice accurati. Tuttavia, bisogna notare che questa procedura sperimentale richiede molto tempo. Pertanto, una valutazione preliminare che utilizza misure di assorbanza a 600 nm può fornire una stima approssimativa dell'attività antimicrobica prima della coltura.

Le NP di ZnO sintetizzate hanno mostrato una maggiore attività antimicrobica contro il ceppo MRSA, probabilmente a causa delle differenze nella struttura batterica. I batteri Gram-negativi, come P. aeruginosa, differiscono dall'MRSA nella loro struttura della membrana cellulare, in particolare nella formazione di una doppia membrana contenente lipopolisaccaridi, al contrario di una spessa membrana peptidoglicana a strato singolo di MRSA. Questa struttura a doppia membrana ostacola potenzialmente la penetrazione degli ioni antimicrobici Zn2+ , aumentando il tasso di sopravvivenza di P. aeruginosa. Le NP di ZnO sono utilizzate per le loro proprietà antimicrobiche e sono anche utilizzate attivamente nella protezione solare e nella rigenerazione della pelle. Pertanto, si prevede che in futuro continueranno diversi studi che utilizzano NP di ZnO.

Le NP di ZnO possono essere applicate in vari campi, attraverso la modifica della superficie e varie coniugazioni di materiali. Lo ZnO ha potenziali applicazioni nella somministrazione di farmaci, nei rivestimenti antibatterici, nella terapia del cancro e nella guarigione delle ferite, tra gli altri34. Le NP di ZnO possono essere applicate nella somministrazione di farmaci coniugando molecole bersaglio come gli anticorpi, consentendo una somministrazione mirata a cellule o tessuti specifici35. Inoltre, attraverso la generazione di specie reattive dell'ossigeno, le NP di ZnO possono colpire non solo le cellule batteriche ma anche le cellule tumorali. Inoltre, il rilascio di ioni Zn2+ dalle nanoparticelle di ZnO e la generazione di perossido di idrogeno (H2O2) dovuta alle specie reattive dell'ossigeno possono promuovere i processi di guarigione delle ferite nel sito36. Si prevede che queste potenzialità porteranno a numerose ricerche che esploreranno l'uso delle NP di ZnO in diversi campi.

Dichiarazioni

Il Dr. Jonghoon Choi è l'Amministratore Delegato/Fondatore e il Dr. Yonghyun Choi è il CTO del Feynman Institute of Technology presso la Nanomedicine Corporation.

Ringraziamenti

Questa ricerca è stata supportata dalla borsa di studio per la ricerca universitaria della Chung-Ang University nel 2022 (Ms. Gahyun Lee). Questo lavoro è stato supportato anche dalla sovvenzione della National Research Foundation of Korea (NRF) finanziata dal governo coreano (MSIT) (n. 2020R1A5A1018052) e dal Programma di sviluppo tecnologico (RS202300261938) finanziato dal Ministero delle PMI e delle Startup (MSS, Corea).

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
DLSZetasizer Pro
Alcool etilico, assolutoDAEJUNG4023-2304
Lettore di micropiastre BioTeck
Idrossido di SodioSigma-Aldrich221465
TEMJEOL JEM-F200
TSADB difco236950
TSBDB difco 211825
XRDNEW D8-Advance
Acetato di zincoSigma-Aldrich383317

Riferimenti

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