Method Article

Оценка антимикробной активности наночастиц и наноструктурированных поверхностей 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

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

Мы представляем четыре метода оценки антимикробной активности наночастиц и наноструктурированных поверхностей с использованием методов in vitro . Эти методы могут быть адаптированы для изучения взаимодействия различных наночастиц и наноструктурированных поверхностей с широким спектром микробных видов.

Abstract

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

Антимикробная активность наночастиц и наноструктурированных поверхностей, таких как серебро, оксид цинка, диоксид титана и оксид магния, ранее изучалась в клинических и экологических условиях, а также в потребляемых пищевых продуктах. Однако отсутствие согласованности в используемых экспериментальных методах и материалах привело к противоречивым результатам, даже среди исследований одних и тех же типов наноструктур и видов бактерий. Для исследователей, которые хотят использовать наноструктуры в качестве добавки или покрытия в дизайне продукта, эти противоречивые данные ограничивают их использование в клинических условиях.

Чтобы противостоять этой дилемме, в этой статье мы представляем четыре различных метода определения антимикробной активности наночастиц и наноструктурированных поверхностей и обсуждаем их применимость в различных сценариях. Ожидается, что адаптация последовательных методов приведет к воспроизводимым данным, которые можно будет сравнивать в разных исследованиях и внедрять для различных типов наноструктур и видов микробов. Мы представляем два метода определения антимикробной активности наночастиц и два метода антимикробной активности наноструктурированных поверхностей.

Для наночастиц метод прямого совместного культивирования может быть использован для определения минимальных ингибирующих и минимальных бактерицидных концентраций наночастиц, а метод культивирования прямого воздействия может быть использован для оценки бактериостатической и бактерицидной активности в реальном времени, возникающей в результате воздействия наночастиц. Для наноструктурированных поверхностей метод прямого культивирования используется для определения жизнеспособности бактерий, косвенно и непосредственно контактирующих с наноструктурированными поверхностями, а метод воздействия с фокусированным контактом используется для изучения антимикробной активности на определенном участке наноструктурированной поверхности. Мы обсуждаем ключевые экспериментальные переменные, которые следует учитывать при дизайне исследования in vitro при определении антимикробных свойств наночастиц и наноструктурированных поверхностей. Все эти методы относительно недороги, используют методы, которые относительно просты в освоении и воспроизводимы для согласованности, и применимы к широкому спектру типов наноструктур и микробных видов.

Introduction

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

Только в США у 1,7 миллиона человек ежегодно развивается внутрибольничная инфекция (ИСМП), причем каждая 17-я из этих инфекций приводит к смерти1. Кроме того, по оценкам, затраты на лечение ИСМП варьируются от 28 до 45 миллиардов долларов в год 1,2. В этих ИСМП преобладают метициллин-резистентные золотистые стафилококки (MRSA)3,4 и Pseudomonas aeruginosa4, которые обычно выделяются из хронических раневых инфекций и обычно требуют обширного лечения и времени для получения благоприятного и....

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

Protocol

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

Чтобы представить методы прямого совместного культивирования и прямого воздействия, мы используем наночастицы оксида магния (nMgO) в качестве модельного материала для демонстрации бактериальных взаимодействий. Для представления методов прямого культивирования и сфокусированного контактного воздействия в качестве примеров мы используем сплав магния с наноструктурированными поверхностями.

1. Стерилизация наноматериалов

ПРИМЕЧАНИЕ: Все наноматериалы должны быть стерилизованы или продезинфицированы перед микробной культурой. Методы, которые могут быть использованы, включают тепло, давление, излучение и....

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

Results

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

Идентификация антибактериальной активности наночастиц оксида магния и наноструктурированных поверхностей была представлена с использованием четырех методов in vitro , которые применимы к различным типам материалов и микробным видам.

Метод А и метод В исследуют активность бактерий при воздействии наночастиц в фазе запаздывания (метод А) и логарифмической фазе (метод В) в течение 24 часов или дольше. Метод А дает результаты, касающиеся MIC и MBC, в то время как метод B определяет ингиби.......

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

Discussion

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

Мы представили четыре метода in vitro (A-D) для характеристики антибактериальной активности наночастиц и наноструктурированных поверхностей. В то время как каждый из этих методов количественно оценивает рост и жизнеспособность бактерий с течением времени в ответ на наноматериалы, существуют некоторые различия в методах, используемых для измерения начальной плотности, роста и жизнеспособности бактериального посева с течением времени. Три из этих методов, метод прямого совместного культивирования (A)17, метод прям.......

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

Disclosures

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

Конфликт интересов у авторов отсутствует.

Acknowledgements

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

Авторы высоко ценят финансовую поддержку со стороны Национального научного фонда США (награда NSF CBET 1512764 и NSF PIRE 1545852), Национальных институтов здравоохранения (NIH NIDCR 1R03DE028631), стипендии Калифорнийского университета (UC) Regents Faculty Development Fellowship, гранта Комитета по исследованиям (Huinan Liu) и гранта программы наставничества для выпускников UC-Riverside, присужденного Патрисии Холт-Торрес. Авторы высоко ценят помощь, оказанную Центральным центром расширенной микроскопии и микроанализа (CFAMM) в Калифорнийском университете в Риверсайде в использовании SEM / EDS и доктором Перри Чунгом в использовании XRD. Авторы также хотели бы поблаг....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Микроцентрифужная трубка 1,5 млMilipore SigmaZ336777
80 л Сертифицированная конвекционная сушильная печь NTRL MTI CorporationBPG-7082https://www.mtixtl.com/BPG-7082.aspx
(гидроксиметил)аминометановый буфер pH 8,5; Трис буфер Сигма-Олдрич 42457
AnaSpec  ТИОФЛАВИН Т СВЕРХЧИСТЫЙ СОРТFisher Scientific50-850-291
Электронно-умножающее зарядовое устройство цифровой фотоаппарат HamamatsuC9100-13
Falcon 15 мл конические трубкиFisher Scientific14-959-49B
GluteraldehydeSigma-Aldrich G5882
ГемоцитометрBrightline, Hausser Scientific1492
Индуктивно связанная плазма - оптическая эмиссионная спектрометрия (ICP-OES)PerkinElmer8000
Инверсный микроскопNikonEclipse Ti-S
Luria Bertani BrothSigma Life Science L3022
Бульон Лурия Бертани + агарСигма Life Science L2897
Макротрубка 5.0   Benchmark ScientificC1005-T5-ST
Наночастицы оксида магнияUS Research Nanomaterials, IncStock #:  US3310      MMgO, 99+%, 20 нм
MS Semi-Micro BalanceMettler ToledoMS105D
Нитроцеллюлозная бумагаFisherbrand09-801A
12-луночная полистирольная пластина без обработки тканейFalcon Corning Brand 
Необработанная тканью 48-луночная полистирольная пластинаFalcon Corning Brand 
96-луночная полистирольная пластина без обработки тканейFalcon Corning Brand 
Чашка Петри 100 ммVWR470210-568
Чашка Петри, 15 ммpH-метр FisherbrandFB0875713A
VWRSP70P
Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ)TESCAN Vega3 SBH
SonicatorVWR97043-936
Настольная центрифугаFisher ScientificaccuSpin Micro 17
Настольная центрифуга EppendorfCentrifuge 5430
Триптический соевый агарMP1010617
Триптический соевый бульонSigma-Aldrich22092-500G
UV-Vis спектрофотометр TecanInfinite 200 PROhttps://lifesciences.tecan.com/plate_readers/infinite_200_pro
VWR Benchmark Инку-шейкер 10 лVWRн/д
Рентгеновская дефракция мощности  Аналитическийн/дПАНалитикальный эмпирейский серия 2
351143351178351172

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