Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Bu çalışmada, çinko oksit nanopartikülleri bir çökeltme yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. Sentezlenen partiküllerin antibakteriyel etkisi, çoklu ilaca dirençli metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA) ve Pseudomonas aeruginosa bakteri suşlarına karşı test edilmiştir.
Nozokomiyal bakteriyel enfeksiyonlar, antibiyotiklere karşı doğal dirençleri nedeniyle giderek daha zor hale gelmiştir. Hastanelerde çoklu ilaca dirençli bakteri suşlarının ortaya çıkması, antibiyotiklerin yaygın ve çeşitli kullanımına bağlanmış ve antibiyotik direnci sorununu daha da kötüleştirmiştir. Metal nanomalzemeler, antibiyotiğe dirençli bakteri hücrelerini yok etmek için alternatif bir çözüm olarak geniş çapta incelenmiştir. Metalik nanopartiküller, antibakteriyel iyonların salınması, reaktif oksijen türlerinin oluşumu veya bakterilerin direnç geliştiremediği fiziksel bozulma gibi çeşitli mekanizmalar yoluyla bakteri hücrelerine saldırır. Aktif olarak araştırılan antimikrobiyal metal nanopartikülleri arasında FDA onaylı olan çinko oksit nanopartikülleri, biyouyumlulukları ve antibakteriyel özellikleri ile bilinmektedir. Bu çalışmada, çinko oksit nanopartiküllerinin sentezlenmesi, bu nanopartiküllerin özelliklerinin analiz edilmesi ve antimikrobiyal testlerin yapılması için başarılı bir çökeltme yöntemi geliştirmeye odaklandık. Çinko oksit nanopartikülleri, transmisyon elektron mikroskobu (TEM), dinamik ışık saçılımı (DLS), ultraviyole/görünür spektroskopi ve X-ışını kırınımı (XRD) kullanılarak karakterize edildi. Antibakteriyel testler, metisiline dirençli Staphylococcus aureus (MRSA) ve Pseudomonas aeruginosa'nın çoklu ilaca dirençli suşları ile et suyu mikrodilüsyon testi kullanılarak gerçekleştirildi. Bu çalışma, çinko oksit nanopartiküllerinin antibiyotiğe dirençli bakterilerin çoğalmasını engelleme potansiyelini göstermiştir.
Çoklu ilaca dirençli (MDR) bakteriyel enfeksiyonlar, insan sağlığı için önemli bir küresel tehdit oluşturmaktadır1. Bu enfeksiyonlar altta yatan rahatsızlıkları olan hastalarda ölümcül olabileceğinden, aktif araştırmalar bu sorunu ele almaya çalışmaktadır2. Bakteriler, çeşitli ilaçların etkisinden kaçmak için evrimleşmiştir. Yaygın olarak bilinen ve dünya çapında milyonlarca hayat kurtarmasıyla tanınan penisilin, bakteri hücre duvarınınsentezini engelleyen β-laktam bir antibiyotiktir 3. Bununla birlikte, bakteriler, akış pompaları, transpeptidaz değişiklikleri veya azalmış geçirgenlik gibi çeşitli mekanizmalar yoluyla ilaçların etkinliğini nötralize etmek için evrimleşmiştir4. Ek olarak, bakteri hücreleri bu direnç genlerini bir sonraki nesle iletebilir, bu da bir sonraki neslin hayatta kalma oranlarını arttırır ve dirençli suşlar problemini güçlendirir5.
Antibiyotiğe dirençli bakterilerin artması, yaygın olarak çoklu antibiyotiğe direnç gösteren MDR bakterilerinin ortaya çıkmasına neden olmuştur. ÇİD suşlarına en sık hastane ortamlarında rastlanır, burada birden fazla bakteri suşuna maruz kalınır ve sonuç olarak farklı antibiyotiklere direnç gelişir6. Staphylococcus aureus, özellikle metisiline dirençli S. aureus (MRSA), insanların yaklaşık %30'unun cildinde kümeler oluşturan gram pozitif kommensal bir bakteridir 7,8. İlk olarak 1960'larda tanımlanan MRSA, β-laktam antibiyotiklere karşı azalmış duyarlılık sergiler ve bu da 1990'lardan bu yana enfeksiyon oranlarında keskin bir artışa neden olur9. Gram negatif bakteriler arasında, Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) hastanelerde edinilen en yaygın suşlardan biridir. Fakültatif çubuk şeklinde bir bakteri olan bu tür, insanlarda fırsatçı enfeksiyonlara neden olur10. Özellikle, insan sağlığını doğrudan etkileyen MDR suşları, sağlık hizmetleriyle ilişkili enfeksiyonların %50'sinden fazlasından sorumludur11. Bu çalışmada hastanelerde en sık karşılaşılan çoklu ilaca dirençli suşlar olan MRSA ve P. aeruginosa kullanıldı.
Nanopartiküllerin (NP'ler) antimikrobiyal amaçlar için kullanımı, antibiyotik direnci sorununun üstesinden gelmek için kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. Özellikle metalik NP'ler, çeşitli mekanizmalar yoluyla bakteriyel hücre ölümüne neden olarak ilaç direnci sorununa potansiyel bir çözüm sunar. Metalik NP'ler, diğer yolların yanı sıra antimikrobiyal iyonların salınması, reaktif oksijen türlerinin (ROS) üretilmesi ve hücrelerin fiziksel olarak bozulması dahil olmak üzere çoklu mekanizmalar yoluyla antimikrobiyal aktivite uygular12. Gümüş, bakır, çinko oksit (ZnO) ve titanyum oksitten oluşan NP'ler yüksek antimikrobiyal etkinliğe sahiptir ve bu nedenle aktif olarak araştırılmaktadır13.
ZnO NP'ler, insanlarda kullanım için ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından onaylanmıştır. Tersine, yüksek antimikrobiyal etkinliklerine rağmen, insanlarda gümüş ve bakır NP'lerin kullanımı, yüksek sitotoksisiteleri ile sınırlıdır. Bununla birlikte, ZnO NP'ler günlük yaşamda yaygın olarak bulunur ve yaygın olarak kullanılan güneş koruyucu formülasyonlarda bile bulunur14. Dikkat çekici bir şekilde, ZnO NP'lerden salınan Zn2 + iyonları, bakteriyel tedavide oldukça etkilidir ve ROS oluşumu ve diğer fiziksel hasar mekanizmaları15 yoluyla bakteriyel hücre ölümüne neden olur.
Bu çalışma, bir çökeltme yöntemi kullanılarak ZnO nanopartiküllerinin (NP'ler) sentezlenmesi için protokolün ana hatlarını çizmekte ve MRSA ve P. aeruginosa'nın klinik örnekleri ile bir mikrobroth seyreltme yöntemi kullanan bir antimikrobiyal test yaklaşımı sunmaktadır. ZnO NP'ler için çökeltme yöntemi, çinko asetat veya çinko nitrat16 gibi çözünür öncüler kullanılarak pH ve sıcaklığı ayarlayarak çözünmeyen katı ZnO NP'lerin sentezlenmesini içerir. Nispeten kolay ve hızlı üretimin yanı sıra, bu yöntem sentezde tekrarlanabilirliği sağlar ve parçacık boyutu ve morfolojisi üzerinde kontrolü kolaylaştırır17. Bu sentez protokolünde, çinko asetatı çökeltmek için en yaygın kullanılan çökeltme ajanlarından biri olan sodyum hidroksit (NaOH) kullanıldı ve nanopartiküllerin18 kontrolsüz sentezini inhibe etmek için az miktarda hekzadesiltrimetilamonyum bromür (CTAB) kullanıldı. Çeşitli antimikrobiyal testler arasında, ZnO nanopartiküllerinin antibakteriyel aktivitesi, metal oksit nanopartiküllerinden optik paraziti önleyen ve MIC19'u belirlemek için doğrudan koloni ölçümünü mümkün kılan mikrobroth seyreltme yöntemi kullanılarak değerlendirildi.
Bu çalışmada kullanılan reaktifler ve ekipmanlar Malzeme Tablosunda listelenmiştir.
1. Çinko oksit nanopartiküllerinin hazırlanması
2. MRSA ve P. aeruginosa kullanılarak yapılan antibakteriyel testler
ZnO NP'lerin başarılı sentezi, Şekil 1A'da gösterildiği gibi transmisyon elektron mikroskobu (TEM) kullanılarak doğrulandı. Elde edilen ZnO NP'lerin yuvarlak şekilli, ortalama parçacık boyutu 35.35 nm ve standart sapması 6.81 nm olarak gözlendi. Bu nanopartiküllerin çökelmesi,Zn2+ iyonlarının hidrolize uğradığı çinko asetata NaOH çözeltisi eklenerek çift yer değiştirme reaksiyonu yoluyla gözlemlendi.
ZnO NP'lerin yağış yoluyla sentezi nispeten basit ve anlaşılırdır. Bu yöntemi kullanarak ZnO NP'leri başarılı bir şekilde sentezlemek için, öncüsün (çinko asetat) çözücü içinde tamamen çözünmesini sağlamak için karıştırma çok önemlidir. Ayrıca, sıcaklığın arttırılması, başarılı bir çift yer değiştirme reaksiyonunun indüklenmesine yardımcı olur. ZnO NP'lerin sentezinde, çökeltme maddesi, çökeltme maddesinin konsantrasyonu ve y?...
Dr. Jonghoon Choi, Nanomedicine Corporation'daki Feynman Teknoloji Enstitüsü'nün CEO'su/Kurucusudur ve Dr. Yonghyun Choi, Cto'dur.
Bu araştırma, 2022 yılında Chung-Ang Üniversitesi Lisansüstü Araştırma Bursu (Bayan Gahyun Lee) tarafından desteklenmiştir. Bu çalışma aynı zamanda Kore hükümeti (MSIT) tarafından finanse edilen Kore Ulusal Araştırma Vakfı (NRF) hibesi (No. 2020R1A5A1018052) ve KOBİ'ler ve Startup'lar Bakanlığı (MSS, Kore) tarafından finanse edilen Teknoloji Geliştirme Programı (RS202300261938) tarafından desteklenmiştir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
DLS | Zetasizer Pro | ||
Ethyl alcohol, absolute | DAEJUNG | 4023-2304 | |
Microplate reader | BioTeck | ||
Sodium Hydroxide | Sigma-Aldrich | 221465 | |
TEM | JEOL JEM-F200 | ||
TSA | DB difco | 236950 | |
TSB | DB difco | 211825 | |
XRD | NEW D8-Advance | ||
Zinc acetate | Sigma-Aldrich | 383317 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır