Nanopartiküllerin ve Nanoyapılı Yüzeylerin Antimikrobiyal Aktivitelerinin İn Vitro Olarak Değerlendirilmesi

Özet

İn vitro teknikleri kullanarak nanopartiküllerin ve nanoyapılı yüzeylerin antimikrobiyal aktivitelerini değerlendirmek için dört yöntem sunuyoruz. Bu yöntemler, farklı nanopartiküllerin ve nanoyapılı yüzeylerin çok çeşitli mikrobiyal türlerle etkileşimlerini incelemek için uyarlanabilir.

Özet

Nanopartiküllerin ve gümüş, çinko oksit, titanyum dioksit ve magnezyum oksit gibi nanoyapılı yüzeylerin antimikrobiyal aktiviteleri daha önce klinik ve çevresel ortamlarda ve tüketilebilir gıda ürünlerinde araştırılmıştır. Bununla birlikte, kullanılan deneysel yöntem ve materyallerdeki tutarlılık eksikliği, aynı nanoyapı tipleri ve bakteri türleri üzerinde yapılan çalışmalar arasında bile çelişkili sonuçlarla sonuçlanmıştır. Nanoyapıları bir ürün tasarımında katkı maddesi veya kaplama olarak kullanmak isteyen araştırmacılar için, bu çelişkili veriler klinik ortamlarda kullanımlarını sınırlar.

Bu ikilemle yüzleşmek için, bu makalede, nanopartiküllerin ve nanoyapılı yüzeylerin antimikrobiyal aktivitelerini belirlemek için dört farklı yöntem sunuyoruz ve farklı senaryolarda uygulanabilirliklerini tartışıyoruz. Tutarlı yöntemlerin uyarlanmasının, çalışmalar arasında karşılaştırılabilecek ve farklı nanoyapı tipleri ve mikrobiyal türler için uygulanabilecek tekrarlanabilir verilere yol açması beklenmektedir. Nanopartiküllerin antimikrobiyal aktivitelerini belirlemek için iki yöntem ve nanoyapılı yüzeylerin antimikrobiyal aktiviteleri için iki yöntem sunuyoruz.

Nanopartiküller için, doğrudan ko-kültür yöntemi, nanopartiküllerin minimum inhibitör ve minimum bakterisidal konsantrasyonlarını belirlemek için kullanılabilir ve doğrudan maruz kalma kültürü yöntemi, nanopartikül maruziyetinden kaynaklanan gerçek zamanlı bakteriyostatik ve bakterisidal aktiviteyi değerlendirmek için kullanılabilir. Nanoyapılı yüzeyler için, doğrudan kültür yöntemi, bakterilerin dolaylı ve doğrudan nanoyapılı yüzeylerle temas halinde yaşayabilirliğini belirlemek için kullanılır ve odaklanmış temasa maruz kalma yöntemi, nanoyapılı bir yüzeyin belirli bir alanındaki antimikrobiyal aktiviteyi incelemek için kullanılır. Nanopartiküllerin ve nanoyapılı yüzeylerin antimikrobiyal özelliklerini belirlerken in vitro çalışma tasarımı için dikkate alınması gereken temel deneysel değişkenleri tartışıyoruz. Tüm bu yöntemler nispeten düşük maliyetlidir, ustalaşması nispeten kolay ve tutarlılık için tekrarlanabilir teknikler kullanır ve çok çeşitli nanoyapı tiplerine ve mikrobiyal türlere uygulanabilir.

Giriş

Sadece ABD'de, yılda 1,7 milyon kişi hastane kaynaklı bir enfeksiyon (HAI) geliştirir ve bu enfeksiyonların her 17'sinden biri ölümle sonuçlanır¹. Ek olarak, HAI'ler için tedavi maliyetlerinin yıllık 28 milyar dolar ile 45 milyar dolar arasında değiştiği tahmin edilmektedir ^1,2. Bu HAI'lere, genellikle kronik yara enfeksiyonlarından izole edilen ve genellikle olumlu bir hasta sonucu elde etmek için kapsamlı tedavi ve zaman gerektiren metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA)^3,4 ve Pseudomonas aeruginosa⁴....

Protokol

Doğrudan ko-kültür ve doğrudan maruz kalma yöntemlerini sunmak için, bakteriyel etkileşimleri göstermek için model bir malzeme olarak magnezyum oksit nanopartikülleri (nMgO) kullanıyoruz. Doğrudan kültürü ve odaklanmış temasa maruz kalma yöntemlerini sunmak için, örnek olarak nanoyapılı yüzeylere sahip bir Mg alaşımı kullanıyoruz.

1. Nanomalzemelerin sterilizasyonu

NOT: Tüm nanomalzemeler mikrobiyal kültürden önce sterilize edilmeli veya dezenfekte edilmelidir. Kullanılabilecek yöntemler arasında ısı, basınç, radyasyon ve dezenfektanlar bulunur, ancak her yöntem için malzemelerin toleransı in v....

Sonuçlar

Magnezyum oksit nanopartiküllerinin ve nanoyapılı yüzeylerin antibakteriyel aktivitesinin tanımlanması, farklı malzeme tipleri ve mikrobiyal türler arasında uygulanabilir dört in vitro yöntem kullanılarak sunulmuştur.

Yöntem A ve yöntem B, 24 saat veya daha uzun bir süre boyunca bir gecikme fazında (yöntem A) ve log fazında (yöntem B) nanopartiküllere maruz kaldığında bakteriyel aktiviteleri inceler. Yöntem A, MIC ve MBC ile ilgili sonuçlar sağlarken, yönte.......

Tartışmalar

Nanopartiküllerin ve nanoyapılı yüzeylerin antibakteriyel aktivitelerini karakterize etmek için dört in vitro yöntem (AD) sunduk. Bu yöntemlerin her biri, nanomalzemelere yanıt olarak zaman içinde bakteri büyümesini ve canlılığını ölçerken, zaman içinde ilk bakteriyel tohumlama yoğunluğunu, büyümesini ve canlılığını ölçmek için kullanılan yöntemlerde bazı farklılıklar vardır. Bu yöntemlerden üçü, doğrudan eş-kültür yöntemi (A)¹⁷, doğrudan k?.......

Malzemeler

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