Zakażenia bakteryjne wielolekooporne (MDR) stanowią poważne globalne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego1. Ponieważ infekcje te mogą być śmiertelne u pacjentów z chorobami podstawowymi, aktywne badania próbują rozwiązać ten problem2. Bakterie ewoluowały, aby unikać działania różnych leków. Penicylina, powszechnie znana i uznawana za ratującą miliony istnień ludzkich na całym świecie, jest antybiotykiem β-laktamowym, który hamuje syntezę ściany komórkowej bakterii3. Jednak bakterie ewoluowały, aby neutralizować skuteczność leków poprzez różne mechanizmy, takie jak pompy wypływowe, zmiany transpeptydazy lub zmniejszona przepuszczalność4. Dodatkowo, komórki bakteryjne mogą przekazywać te geny oporności następnemu pokoleniu, zwiększając przeżywalność kolejnego pokolenia i wzmacniając problem opornych szczepów5.
Wzrost liczby bakterii opornych na antybiotyki doprowadził do pojawienia się bakterii MDR, które często wykazują oporność na wiele antybiotyków. Szczepy MDR są najczęściej spotykane w warunkach szpitalnych, gdzie wiele szczepów bakteryjnych jest narażonych na różne antybiotyki i w konsekwencji rozwija oporność na różne antybiotyki6. Staphylococcus aureus, szczególnie oporny na metycylinę S. aureus (MRSA), jest bakterią komensalną Gram-dodatnią, która tworzy skupiska na skórze około 30% ludzi7,8. MRSA, który został po raz pierwszy zidentyfikowany w latach 60., wykazuje zmniejszoną wrażliwość na antybiotyki β-laktamowe, co skutkuje gwałtownym wzrostem wskaźników infekcji od lat 90><. Wśród bakterii Gram-ujemnych Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych szczepów nabytych w szpitalach. Gatunek ten, fakultatywna bakteria w kształcie pałeczki, powoduje oportunistyczne infekcje u ludzi10. W szczególności szczepy MDR, które mają bezpośredni wpływ na zdrowie ludzi, są odpowiedzialne za ponad 50% zakażeń związanych z opieką zdrowotną11. W tym badaniu wykorzystaliśmy najczęściej spotykane szczepy wielolekooporne w szpitalach, MRSA i P. aeruginosa.
Wykorzystanie nanocząsteczek (NPs) do celów przeciwbakteryjnych zostało dokładnie zbadane w celu rozwiązania problemu oporności na antybiotyki. W szczególności metaliczne nanocząsteczki indukują śmierć komórek bakteryjnych poprzez różne mechanizmy, oferując potencjalne rozwiązanie problemu oporności na leki. Metaliczne nanocząsteczki wywierają aktywność przeciwdrobnoustrojową poprzez wiele mechanizmów, w tym między innymi uwalnianie jonów przeciwdrobnoustrojowych, wytwarzanie reaktywnych form tlenu (ROS) i fizyczne rozrywanie komórek12. Nanocząsteczki składające się ze srebra, miedzi, tlenku (ZnO) i tlenku tytanu mają wysoką skuteczność przeciwdrobnoustrojową i dlatego są aktywnie badane13.
ZnO NPs zostały zatwierdzone przez Amerykańską Agencję ds. Żywności i Leków (FDA) do stosowania u ludzi. I odwrotnie, pomimo ich wysokiej skuteczności przeciwdrobnoustrojowej, stosowanie nanocząsteczek srebra i miedzi u ludzi jest ograniczone przez ich wysoką cytotoksyczność. Jednak nanocząsteczki ZnO są powszechnie spotykane w życiu codziennym i są nawet obecne w powszechnie stosowanych preparatach przeciwsłonecznych14. Warto zauważyć, że jony Zn2+ uwalniane z NP ZnO są wysoce skuteczne w leczeniu bakteryjnym, indukując śmierć komórek bakteryjnych poprzez generowanie ROS i inne mechanizmy uszkodzeń fizycznych15.
To badanie przedstawia protokół syntezy nanocząstek ZnO (NPs) za pomocą metody wytrącania i wprowadza podejście do testowania przeciwdrobnoustrojowego przy użyciu metody rozcieńczania mikrobulionu z klinicznymi próbkami MRSA i P. aeruginosa. Metoda wytrącania nanocząsteczek ZnO polega na syntezie nierozpuszczalnych stałych nanocząsteczek ZnO poprzez dostosowanie pH i temperatury przy użyciu rozpuszczalnych prekursorów, takich jak octan lub azotan16. Wraz ze stosunkowo łatwą i szybką produkcją, metoda ta zapewnia powtarzalność syntezy i ułatwia kontrolę nad wielkością i morfologią cząstek17. W tym protokole syntezy wodorotlenek sodu (NaOH), jeden z najczęściej stosowanych środków strącających, został wykorzystany do wytrącenia octanu, a niewielka ilość bromku heksadecylotrimetyloamoniowego (CTAB) została użyta do zahamowania niekontrolowanej syntezy nanocząstek18. Wśród różnych testów przeciwdrobnoustrojowych, aktywność przeciwbakteryjną nanocząstek ZnO oceniono przy użyciu metody rozcieńczania mikrobulionu, która pozwala uniknąć zakłóceń optycznych ze strony nanocząstek tlenku metalu i umożliwia bezpośredni pomiar kolonii w celu określenia klasy MIC19.