Method Article

Ocena aktywności przeciwdrobnoustrojowej nanocząstek i powierzchni nanostrukturalnych in vitro

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

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

Wprowadzamy cztery metody oceny aktywności przeciwdrobnoustrojowej nanocząsteczek i powierzchni nanostrukturalnych za pomocą technik in vitro. Metody te można zaadaptować do badania interakcji różnych nanocząstek i powierzchni nanostrukturalnych z szeroką gamą gatunków drobnoustrojów.

Abstract

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

Antybakteryjne działania nanocząsteczek i powierzchni nanostrukturalnych, takich jak srebro, tlenek, dwutlenek tytanu i tlenek magnezu, były wcześniej badane w warunkach klinicznych i środowiskowych oraz w produktach spożywczych do spożycia. Jednak brak spójności w stosowanych metodach eksperymentalnych i materiałach doprowadził do sprzecznych wyników, nawet w przypadku badań nad tymi samymi typami nanostruktur i gatunkami bakterii. W przypadku badaczy, którzy chcą zastosować nanostruktury jako dodatek lub powłokę w projekcie produktu, te sprzeczne dane ograniczają ich wykorzystanie w warunkach klinicznych.

Aby stawić czoła temu dylematowi, w tym artykule przedstawiamy cztery różne metody określania aktywności przeciwdrobnoustrojowej nanocząsteczek i powierzchni nanostrukturalnych oraz omawiamy ich zastosowanie w różnych scenariuszach. Oczekuje się, że dostosowanie spójnych metod doprowadzi do uzyskania powtarzalnych danych, które będzie można porównywać w różnych badaniach i wdrażać dla różnych typów nanostruktur i gatunków drobnoustrojów. Wprowadzamy dwie metody określania aktywności przeciwdrobnoustrojowej nanocząstek oraz dwie metody aktywności przeciwdrobnoustrojowej powierzchni nanostrukturalnych.

Dla nanocząstek, metoda bezpośredniej kohodowli może być użyta do określenia minimalnych hamujących i minimalnych bakteriobójczych stężeń nanocząstek, a metoda hodowli bezpośredniej ekspozycji może być użyta do oceny aktywności bakteriostatycznej w czasie rzeczywistym w porównaniu z bakteriobójczą wynikającą z ekspozycji na nanocząstki. W przypadku powierzchni nanostrukturalnych metodę hodowli bezpośredniej stosuje się w celu określenia żywotności bakterii mających pośredni i bezpośredni kontakt z powierzchniami nanostrukturalnymi, a metodę ekspozycji kontaktowej w ognisku stosuje się do zbadania aktywności przeciwdrobnoustrojowej na określonym obszarze powierzchni nanostrukturalnej. Omówiono kluczowe zmienne eksperymentalne, które należy wziąć pod uwagę przy projektowaniu badań in vitro przy określaniu właściwości przeciwdrobnoustrojowych nanocząstek i powierzchni nanostrukturalnych. Wszystkie te metody są stosunkowo tanie, wykorzystują techniki, które są stosunkowo łatwe do opanowania i powtarzalne w celu zapewnienia spójności, a także mają zastosowanie do szerokiego zakresu typów nanostruktur i gatunków drobnoustrojów.

Introduction

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

W samych Stanach Zjednoczonych 1,7 miliona osób rocznie zapada na zakażenie szpitalne (HAI), przy czym jedna na 17 z tych infekcji kończy się śmiercią1. Ponadto szacuje się, że koszty leczenia zakażeń szpitalnych wynoszą od 28 miliardów do 45 miliardów dolarów rocznie1,2. Te zakażenia związane z opieką szpitalną są zdominowane przez oporne na metycylinę Staphylococcus aureus (MRSA)3,4 i Pseudomonas aeruginosa4, które są zwykle izolowane z przewlekłych zakażeń ran i zwykle wymagają intens....

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

Protocol

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

Aby przedstawić metody bezpośredniej kokultury i bezpośredniej ekspozycji, używamy nanocząsteczek tlenku magnezu (nMgO) jako materiału modelowego do zademonstrowania interakcji bakteryjnych. Aby przedstawić metody hodowli bezpośredniej i ekspozycji w kontakcie skoncentrowanym, jako przykłady używamy stopu Mg z powierzchniami nanostrukturalnymi.

1. Sterylizacja nanomateriałów

UWAGA: Wszystkie nanomateriały muszą zostać wysterylizowane lub zdezynfekowane przed hodowlą mikroorganizmów. Metody, które mogą być stosowane, obejmują ciepło, ciśnienie, promieniowanie i środki dezynfekujące, ale tolerancja m....

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

Results

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

Identyfikacja antybakteryjnej aktywności nanocząsteczek tlenku magnezu i powierzchni nanostrukturalnych została przedstawiona przy użyciu czterech metod in vitro, które mają zastosowanie do różnych typów materiałów i gatunków drobnoustrojów.

Metoda A i metoda B badają aktywność bakterii po wystawieniu na działanie nanocząsteczek w fazie opóźnionej (metoda A) i fazie logarytmicznej (metoda B) przez okres 24 godzin lub dłużej. Metoda A dostarcza wyników dotyczących MIC i MBC, podczas gd.......

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

Discussion

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

Przedstawiliśmy cztery metody in vitro (A-D) charakteryzujące działanie przeciwbakteryjne nanocząstek i powierzchni nanostrukturalnych. Chociaż każda z tych metod określa ilościowo wzrost i żywotność bakterii w czasie w odpowiedzi na nanomateriały, istnieją pewne różnice w metodach stosowanych do pomiaru początkowej gęstości wysiewu bakterii, wzrostu i żywotności w czasie. Trzy z tych metod, metoda bezpośredniej hodowli (A)17, metoda hodowli bezpośredniej (C)14 ora.......

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

Disclosures

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

Autorzy nie pozostają w konflikcie interesów.

Acknowledgements

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

Autorzy doceniają wsparcie finansowe od U.S. National Science Foundation (nagroda NSF CBET 1512764 i NSF PIRE 1545852), National Institutes of Health (NIH NIDCR 1R03DE028631), University of California (UC) Regents Faculty Development Fellowship, Committee on Research Seed Grant (Huinan Liu) oraz UC-Riverside Graduate Research Mentorship Program Grant przyznany Patricii Holt-Torres. Autorzy doceniają pomoc udzieloną przez Centralny Ośrodek Zaawansowanej Mikroskopii i Mikroanalizy (CFAMM) na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside w zakresie stosowania SEM/EDS oraz dr Perry Cheung w zakresie stosowania XRD. Autorzy chcieliby również podziękować Morgan Elizabeth Nator i....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Probówka do mikrowirówek 1,5 mlMilipore SigmaZ336777
80 L Certyfikowany piec do suszenia konwekcyjnego NTRL MTI CorporationBPG-7082
Bufor https://www.mtixtl.com/BPG-7082.aspx(hydroksymetylo)aminometanowy pH 8,5; Bufor Tris Sigma-Aldrich 42457
AnaSpec  THIOFLAVIN T ULTRAPURE GRADEFisher Scientific50-850-291
Aparat cyfrowy ze sprzężeniem ładunku zwielokrotniającego elektrony HamamatsuC9100-13
Falcon 15 ml rurki stożkoweFisher Scientific14-959-49B
Aldehyd gluterowySigma-Aldrich G5882
HemocytometrBrightline, Hausser Scientific1492
Plazma sprzężona indukcyjnie - optyczna spektrometria emisyjna (ICP-OES)PerkinElmer8000
Mikroskop odwrotnyNikonEclipse Ti-S
Luria Bertani BrothSigma Life Science L3022
Bulion Luria Bertani + agarSigma Life Science L2897
Rurka MacroTube 5.0   Benchmark ScientificC1005-T5-ST
Nanocząstki tlenku magnezuUS Research Nanomaterials, IncNr akcji #:  US3310      MMgO, 99+%, 20 nm
MS Semi-Micro BalanceMettler ToledoMS105D
Papier nitrocelulozowyFisherbrand09-801A 12-dołkowa płytka
Marka Falcon Corning 
48-dołkowa płytka polistyrenowa niepoddana obróbce tkankowejMarka Falcon Corning 
96-dołkowa płytka polistyrenowa niepoddana obróbce tkankowejMarka Falcon Corning 
szalka Petriego 100 mmVWR470210-568
Szalka Petriego, 15 mmFisherbrand
VWRSP70P
Skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM)TESCAN Vega3 SBH
SonicatorVWR97043-936
Wirówka stołowaFisher ScientificaccuSpin Micro 17
Wirówka stołowa EppendorfWirówka 5430
Tryptyczny agar sojowyMP1010617
Tryptyczny bulion sojowySigma-Aldrich22092-500G
Spektrofotometr UV-Vis TecanInfinite 200 PROhttps://lifesciences.tecan.com/plate_readers/infinite_200_pro
VWR Benchmark Wytrząsarka Incu-shaker 10LVWRN/A
Defrakcjoncja mocy promieniowania rentgenowskiego  PanalyticalN/APANalytical Empireum serii 2
polistyrenowa niepoddana obróbce tkankowej 351143351178351172 pH-metr FB0875713A

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