Evaluación de las actividades antimicrobianas de nanopartículas y superficies nanoestructuradas in vitro

Resumen

Presentamos cuatro métodos para evaluar las actividades antimicrobianas de nanopartículas y superficies nanoestructuradas utilizando técnicas in vitro . Estos métodos se pueden adaptar para estudiar las interacciones de diferentes nanopartículas y superficies nanoestructuradas con una amplia gama de especies microbianas.

Resumen

Las actividades antimicrobianas de nanopartículas y superficies nanoestructuradas, como plata, óxido de zinc, dióxido de titanio y óxido de magnesio, se han explorado previamente en entornos clínicos y ambientales y en productos alimenticios consumibles. Sin embargo, la falta de consistencia en los métodos experimentales y materiales utilizados ha culminado en resultados contradictorios, incluso entre estudios de los mismos tipos de nanoestructuras y especies bacterianas. Para los investigadores que desean emplear nanoestructuras como aditivo o recubrimiento en el diseño de un producto, estos datos contradictorios limitan su utilización en entornos clínicos.

Para enfrentar este dilema, en este artículo, presentamos cuatro métodos diferentes para determinar las actividades antimicrobianas de nanopartículas y superficies nanoestructuradas, y discutimos su aplicabilidad en diferentes escenarios. Se espera que la adaptación de métodos consistentes conduzca a datos reproducibles que puedan compararse entre estudios e implementarse para diferentes tipos de nanoestructuras y especies microbianas. Introducimos dos métodos para determinar las actividades antimicrobianas de las nanopartículas y dos métodos para las actividades antimicrobianas de las superficies nanoestructuradas.

Para las nanopartículas, el método de cocultivo directo se puede utilizar para determinar las concentraciones bactericidas mínimas inhibitorias y mínimas de nanopartículas, y el método de cultivo de exposición directa se puede utilizar para evaluar la actividad bacteriostática en tiempo real frente a la actividad bactericida resultante de la exposición a nanopartículas. Para superficies nanoestructuradas, el método de cultivo directo se utiliza para determinar la viabilidad de las bacterias indirectamente y directamente en contacto con superficies nanoestructuradas, y el método de exposición de contacto enfocado se utiliza para examinar la actividad antimicrobiana en un área específica de una superficie nanoestructurada. Discutimos las variables experimentales clave a considerar para el diseño del estudio in vitro al determinar las propiedades antimicrobianas de nanopartículas y superficies nanoestructuradas. Todos estos métodos son relativamente de bajo costo, emplean técnicas que son relativamente fáciles de dominar y repetibles para la consistencia, y son aplicables a una amplia gama de tipos de nanoestructuras y especies microbianas.

Introducción

Solo en los Estados Unidos, 1.7 millones de personas desarrollan una infección adquirida en el hospital (HAI) anualmente, y una de cada 17 de estas infecciones resulta en la muerte¹. Además, se estima que los costos de tratamiento de las IRAS oscilan entre $ 28 mil millones y $ 45 mil millones anuales ^1,2. Estas IRAS están predominadas por Staphylococcus aureus resistente a meticilina (SARM)^3,4 y Pseudomonas aeruginosa^4, que comúnmente se aíslan de infecciones crónicas de heridas y gener....

Protocolo

Para presentar los métodos de cocultivo directo y exposición directa, utilizamos nanopartículas de óxido de magnesio (nMgO) como material modelo para demostrar las interacciones bacterianas. Para presentar el cultivo directo y los métodos de exposición de contacto focalizado, utilizamos una aleación de Mg con superficies nanoestructuradas como ejemplos.

1. Esterilización de nanomateriales

NOTA: Todos los nanomateriales deben ser esterilizados o desinfectados antes del cultivo microbiano. Los métodos que se pueden utilizar incluyen calor, presión, radiación y desinfectantes, pero la tolerancia de lo....

Resultados

La identificación de la actividad antibacteriana de nanopartículas de óxido de magnesio y superficies nanoestructuradas se ha presentado utilizando cuatro métodos in vitro que son aplicables a diferentes tipos de materiales y especies microbianas.

El método A y el método B examinan las actividades bacterianas cuando se exponen a nanopartículas en una fase de retraso (método A) y fase logarítmica (método B) durante una duración de 24 h o más. El método A proporciona result.......

Discusión

Hemos presentado cuatro métodos in vitro (A-D) para caracterizar las actividades antibacterianas de nanopartículas y superficies nanoestructuradas. Si bien cada uno de estos métodos cuantifica el crecimiento bacteriano y la viabilidad a lo largo del tiempo en respuesta a los nanomateriales, existe cierta variación en los métodos utilizados para medir la densidad de siembra bacteriana inicial, el crecimiento y la viabilidad a lo largo del tiempo. Tres de estos métodos, el método de cocultivo directo (A)

Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
1.5 mL microcentrifuge tube	Milipore Sigma	Z336777
80 L NTRL Certified Convection Drying Oven	MTI Corporation	BPG-7082	https://www.mtixtl.com/BPG-7082.aspx
(hydroxymethyl) aminomethane buffer pH 8.5; Tris buffer	Sigma-Aldrich	42457
AnaSpec THIOFLAVIN T ULTRAPURE GRADE	Fisher Scientific	50-850-291
Electron-multiplying charge-coupled device digital camera	Hamamatsu	C9100-13
Falcon 15 mL conical tubes	Fisher Scientific	14-959-49B
Gluteraldehyde	Sigma-Aldrich	G5882
Hemocytometer	Brightline, Hausser Scientific	1492
Inductively coupled plasma - optical emission spectrometry (ICP-OES)	PerkinElmer	8000
Inverse microscope	Nikon	Eclipse Ti-S
Luria Bertani Broth	Sigma Life Science	L3022
Luria Bertani Broth + agar	Sigma Life Science	L2897
MacroTube 5.0	Benchmark Scientific	C1005-T5-ST
Magnesium oxide nanoparticles	US Research Nanomaterials, Inc	Stock #: US3310   M	MgO, 99+%, 20 nm
MS Semi-Micro Balance	Mettler Toledo	MS105D
Nitrocellulose paper	Fisherbrand	09-801A
Non-tissue treated 12-well polystyrene plate	Falcon Corning Brand	351143
Non-tissue treated 48-well polystyrene plate	Falcon Corning Brand	351178
Non-tissue treated 96-well polystyrene plate	Falcon Corning Brand	351172
Petri dish 100 mm	VWR	470210-568
Petri dish, 15 mm	Fisherbrand	FB0875713A
pH meter	VWR	SP70P
Scanning electron microscopy (SEM)	TESCAN	Vega3 SBH
Sonicator	VWR	97043-936
Table top centrifuge	Fisher Scientific	accuSpin Micro 17
Table top centrifuge	Eppendorf	Centrifuge 5430
Tryptic Soy Agar	MP	1010617
Tryptic Soy Broth	Sigma-Aldrich	22092-500G
UV-Vis spectrophotometer	Tecan	Infinite 200 PRO	https://lifesciences.tecan.com/plate_readers/infinite_200_pro
VWR Benchmark Incu-shaker 10L	VWR	N/A
X-ray power defraction	Panalytical	N/A	PANalytical Empyrean Series 2