A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
כאן, אנו מציגים תחמוצת גרפן/נחושת (GO/Cu) ננו-מרוכבים כננו-חומר אנטיבקטריאלי. היעילות האנטי-בקטריאלית של ננו-מרוכבים GO/Cu הוערכה הן כנגד חיידקים גראם-חיוביים והן נגד חיידקים גראם-שליליים עמידים לאנטיביוטיקה.
אנטיביוטיקה היא כיום הטיפול האנטיבקטריאלי הנפוץ ביותר להרג חיידקים. עם זאת, חיידקים מפתחים עמידות כאשר הם נחשפים יתר על המידה לאנטיביוטיקה. פיתוח חומרים אנטי-מיקרוביאליים שיכולים להחליף אנטיביוטיקה קיימת הוא חיוני מכיוון שלחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה יש מנגנוני עמידות לכל האנטיביוטיקות הנוכחיות והם יכולים לקדם זיהומים נוסוקומיאליים. כדי להתמודד עם אתגר זה, במחקר זה, אנו מציעים ננו-מרוכבים של תחמוצת גרפן/נחושת (GO/Cu) כחומרים אנטי-בקטריאליים שיכולים להחליף את האנטיביוטיקות הקיימות. ננו-מרוכבים GO/Cu מאופיינים במיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת ומיקרוסקופ אלקטרונים סורק. הם מראים כי ננו-חלקיקי נחושת (Cu) גדלים היטב על יריעות תחמוצת הגרפן. בנוסף, שיטת מרק microdilution משמש כדי לאשר את היעילות של החומר האנטי-מיקרוביאלי נגד Staphylococcus aureus עמיד למתיצילין (MRSA) ו Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), אשר מעורבים לעתים קרובות זיהומים nosocomial. באופן ספציפי, 99.8% של MRSA ו-84.7% של P. aeruginosa מסולקים על-ידי 500 מיקרוגרם/מ"ל של ננו-מרוכבים GO/Cu. ננו-מרוכבים מתכתיים יכולים לחסל חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה על ידי שחרור יונים, יצירת מיני חמצן תגובתיים ופגיעה פיזית בחיידקים. מחקר זה מדגים את הפוטנציאל של ננו-מרוכבים GO/Cu אנטיבקטריאליים בחיסול חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה.
לזיהומים חיידקיים יש השפעה משמעותית על בריאות הציבור. חיידקים פתוגניים, בפרט, יכולים לחמוק ממנגנוני ההגנה של הגוף ולגרום למחלות1. אנטיביוטיקה נמצאים בשימוש נרחב לטיפול בזיהומים חיידקיים. עם זאת, השימוש הבלתי הולם באנטיביוטיקה זירז את הופעתם של חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה. נכון לעכשיו, זיהומים nosocomial המיוחסים חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה גרמו סיבוכים בולטים במתקני בריאות2. למרבה הצער, לחיידקים יש מנגנוני עמידות לכל האנטיביוטיקות הנוכחיות3. לכן, פיתוח אנטיביוטיקה חדשה הוא חיוני, אם כי קיימת גם סבירות גבוהה להיווצרות מנגנוני עמידות.
ננו-חלקיקי מתכת התגלו כסוכנים מבטיחים למאבק בחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה בגלל התכונות האנטיבקטריאליות היעילות שלהם 4,5,6. קשה לחיידקים לפתח מנגנוני עמידות נגד ננו-חלקיקי מתכת מאחר שהם אינם נקשרים לקולטני חיידקים ספציפיים7. בפרט, חלקיקי כסף, נחושת ותחמוצת אבץ נמצאים במוקד מחקר מקיף בגלל יעילותם האנטיבקטריאלית יוצאת הדופן 8,9,10,11,12,13. הרעילות של ננו-חלקיקי מתכת כלפי חיידקים מיוחסת לשלושה מנגנונים עיקריים: 1) שחרור יוני מתכת, 2) יצירת מיני חמצן תגובתי (ROS), כגון •OH ו-•O2-, ו-3) אינטראקציה פיזית והתקשרות 4,14.
במחקר זה, ננו-מרוכבים של תחמוצת גרפן/נחושת (GO/Cu) פותחו כחומר אנטי-מיקרוביאלי. נחושת (Cu) הורגת ביעילות פתוגנים הפוגשים את פני השטח שלה ומפריעה לשכפול גנים חיידקיים. עם זאת, זהו מיקרואלמנט חיוני בגוף האדם, והוא פחות רעיל לתאי יונקים מכיוון שיש לו מנגנונים הומיאוסטטיים המווסתים את ריכוזי Cu בתוך התאים4. כאשר ננו-חלקיקי Cu מחומצנים, הם מייצרים יוני Cu, שיש להם זיקה גבוהה יחסית לחיידקים בעלי מטען שלילי15,16. יוני Cu נקשרים למבנים התאיים (למשל, חלבונים, ממברנות ודנ"א), ומשבשים את תפקודי התא17. על ידי סינתזה של ננו-חלקיקי Cu על פני השטח של תחמוצת גרפן (GO), ניתן לשלוט בקצב השחרור של יוני מתכת 18,19,20. GO מראה גם השפעה אנטיבקטריאלית על ידי מניעת הידבקות חיידקים עם משטח מחוספס באמצעות עקה חמצונית או על ידי יצירת ROS21,22. יתר על כן, ננו-מרוכבים GO/Cu משחררים יותר ROS מאשר GO באמצעות הפעולה הכימית של Cu2+, אשר פוגעת בחלבונים חיידקיים ובדנ"א, מה שמוביל למוות של חיידקים23,24.
מאמר זה מתאר את הפרוטוקול לסינתזה של ננו-מרוכבים GO/Cu ומציג גישת בדיקה אנטי-מיקרוביאלית נגד חיידקים קליניים MRSA ו-P. aeruginosa, זני החיידקים העמידים הרב-תרופתיים הנפוצים ביותר הגורמים לזיהומים נוסוקומיאליים25. פרוטוקול זה נועד להציג שיטת הפחתה כימית קלה לסינתזה של ננו-מרוכבים GO/Cu שיכולים לעכב את הצמיחה של חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה. אנו משתמשים בנחושת (II) כלוריד (CuCl2) ובנתרן בורוהידריד (NaBH4) כקודמן וכחומר מחזרים, בהתאמה. הפרוטוקול מתאר גם את הפרטים של יישום ננו-מרוכבים אלה על חיידקים באמצעות שיטת מרק מיקרודילוטין. כדי למנוע טעויות הנובעות מהפרעות הספיגה של ננו-חלקיקי מתכת ולבצע הערכות מדויקות, היכולת האנטיבקטריאלית מוערכת באמצעות שיטת ספירת המושבות.
1. הכנת ננו-מרוכבים GO/Cu
הערה: הגודל והמורפולוגיה של חלקיקי Cu הגדלים על ננו-יריעות GO נקבעים על ידי מידת חמצון GO, ריכוז קודמן Cu וריכוז החומר המחזר26.
2. הכנת חיידקים לבדיקה האנטיבקטריאלית
זהירות: הליך זה חייב להתבצע בארון בטיחות ביולוגי עם מנורת אלכוהול. פסולת חיידקית חייבת להיות autoclaved לפני השלכה. בעת טיפול בחיידקים עמידים לאנטיביוטיקה, יש ללבוש כפפות, חלוקים ומסכות, ולשטוף ידיים באמצעות סבון או חומר לחיטוי ידיים לאחר הניסוי. תמיד לחטא ביסודיות; אם מתרחש זיהום באזור הניסוי, מיד לחטא אותו עם 70% אתנול.
3. בדיקה אנטיבקטריאלית בשיטת מרק מיקרודילוציה
מיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת (TEM), מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) וספקטרוסקופיית קרני רנטגן מפזרת אנרגיה (EDS) בוצעו כדי לאשר את היווצרותם של ננו-מרוכבים GO/Cu. איור 1A,B מראה שננו-חלקיקי Cu הטרוגניים גדלו על יריעות GO. כפי שניתן לראות באיור 1C...
כאן, אנו מדווחים על שיטה זולה ופשוטה להכנת ננו-יריעות GO שהושקעו עם ננו-חלקיקי Cu, אשר תהיה שיטה יעילה פוטנציאלית לחיסול חיידקים עמידים לאנטיביוטיקה. השלב הקריטי בסינתזה של ננו-מרוכבים GO/Cu הוא פיזור יסודי של GO ו-CuCl2 בתמיסה ושמירה על טמפרטורה גבוהה תוך כדי ערבובם. יתר ע?...
ד"ר ג'ונגהון צ'וי הוא המנכ"ל/מייסד, וד"ר יונג-היון צ'וי הוא ה-CTO של מכון פיינמן לטכנולוגיה בתאגיד הננו-רפואה.
מחקר זה נתמך על ידי מענק המחקר של אוניברסיטת צ'ונג-אנג בשנת 2022 (במהלך חופשת השבתון של פרופסור ג'ונגהון צ'וי). מחקר זה נתמך גם על ידי תוכנית המחקר המדעי הבסיסי באמצעות קרן המחקר הלאומית של קוריאה (NRF), במימון משרד החינוך (No. RS-2023-00275006), ומענק המכון הקוריאני לסביבה, תעשייה וטכנולוגיה (KEITI) במימון המשרד לאיכות הסביבה של קוריאה (MOE) (מס' 2022002980003). MRSA קליני ו - P. aeruginosa התקבלו מבית החולים האוניברסיטאי Chung-Ang.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antibiotic-Antimycotic | Gibco | 15240062 | |
Clinical MDR bacterial strains | Chung-Ang University Hospital (Seoul, South Korea) | ||
Copper(II) chloride dihydrate | Duksan | 10125-13-0 | |
Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM) | Carl Zeiss | SIGMA | |
Graphene oxide | Sigma | 796034 | |
Sodium Borohydride | Sigma | 71320 | |
Transmission Electron Microscopy (TEM) | JEOL | JEM-2100 | |
Tryptic Soy Agar | BD difco | 236950 | |
Tryptic Soy Broth | BD difco | 211825 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved