Наноматериалы для борьбы с патогенными микроорганизмами (аннотация)
В последние годы нанотехнологии предложили новые стратегии ингибирования новых, появляющихся или резистентных микробных патогенов на основе синтетических, природных и сконструированных наноматериалов.
Существует широкий спектр неорганических, органических и углеродных наноматериалов. Наноматериалы считаются нетрадиционными противомикробными материалами, которые являются эффективными и альтернативными традиционно используемым противомикробным препаратам.
Сравнение эффективности каждого противомикробного препарата in vitro и in vivo является критически важным вопросом, особенно в случае угрожающих здоровью микроорганизмов, таких как бактерии, грибы и вирусы с множественной лекарственной резистентностью. Так, резистентные к антибиотикам бактерии могут нейтрализовать антибиотик путем производства специфических ферментов, сверхэкспрессии эффлюксных насосов и модификации лекарственной мишени, что является основными механизмами антибиотикорезистентности.
Наноматериалы могут быть синтезированы физическими, химическими и биологическими методами. Последние являются экологически чистыми, простыми и экономически выгодными и могут применяться при температуре и давлении окружающей среды. Среди наноматериалов широко исследовались наночастицы серебра благодаря их потенциальной антимикробной активности, поэтому они считаются новым поколением антимикробных препаратов. Биосинтезированные наночастицы биосовместимы и известны более высокой биологической активностью.
В статье Jang et al. рассматривается биосинтез наночастиц серебра (AgNPs) с использованием экстракта Viola betonicifolia и оценивается антимикробная активность против Helicobacter pylori, Staphylococcus epidermidis, Candida tropicalis и Trichophyton rubrum. Кроме того, авторы оценили антибиопленочную активность в отношении вышеупомянутых патогенов. Они также сообщили о превосходной антимикробной/антибиопленочной и цитобиосовместимости.
В другом многообещающем исследовании Bernardo et al. синтезировали AgNPs с помощью экстракта листьев Syzygium cumini. Они также сообщили о превосходной биоактивности (антимикробной, антибиопленочной и цитотоксичной) против Actinomyces naeslundii, Fusobacterium nucleatum, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Streptococcus mutans, Streptococcus oralis, Veillonella dispar и Candida albicans. Было установлено, что цитотоксичность зависит от времени и дозы.
Аналогично, Wei et al. в своем исследовании использовали экстракт Mahonia fortunei для синтеза AgNPs и оценили их эффективность против Pectobacterium carotovorum, бактерии, вызывающей гниение капусты, и против бактерий Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Bacillus subtilis и Pseudomonas aeruginosa. Интересно, что 8 μg ml−1 показали замечательные результаты, полностью подавив бактерии. Кроме того, было отмечено разрушение бактериальной мембраны и подавление образования биопленок. Авторы пришли к выводу, что AgNPs, синтезированные из Mahonia fortunei, могут применяться против Pectobacterium carotovorum.
Фитосинтезированные наночастицы привлекают внимание нанотехнологов и в настоящее время хорошо известны благодаря широкому спектру биоактивности. В обширном обзоре Abolarinwa et al. обсудили эффективность наночастиц растительного происхождения против бактериальных патогенов, вызывающих диарею, таких как Vibrio cholerae, Escherichia coli, Shigella, Salmonella, Campylobacter и Clostridium, которые выработали резистентность, являющуюся глобальным кризисом здравоохранения. Против таких бактерий можно использовать наночастицы растительного происхождения в качестве альтернативной зеленой стратегии.
Микосинтез - еще один метод синтеза наноматериалов. В исследовании Gaikwad et al. микосинтезировали AgNPs с помощью Fusarium oxysporum и создали наногель, который продемонстрировал отличную ранозаживляющую активность у крыс при различных концентрациях (0,1, 0,5 и 1,0 мг g−1). Созданный таким образом наногель показал замечательную эффективность заживления ран в моделях иссечения, разреза и заживления ожоговых ран, и может быть использован для перевязки и заживления ран.
В интересном исследовании Zhang и Lo полимерные функционализированные AgNPs были оценены на предмет их физико-химических и биологических свойств. Антимикробную активность оценивали против Porphyromonas gingivalis и обнаружили, что модификация полимера не изменяет физико-химические свойства, такие как размер и заряд поверхности, однако, химические свойства поверхности изменили биологические свойства. Эти изменения приводят к значительной антибактериальной и антибиопленочной активности.
Ye et al. для лечения MRSA синтезировали медьсодержащие ферритовые наночастицы (Cu@Fe NPs), которые полностью сохранили окислительно-восстановительную активность. Эти наночастицы продемонстрировали исключительный профиль лекарственной безопасности и подавили прогрессирование лекарственной резистентности. В итоге авторы пришли к выводу, что Cu@Fe NPs могут быть использованы для эффективного лечения инфекций, вызванных MRSA.
В интегративном обзоре Hou et al. представили актуальную информацию об антимикробной фотодинамической инактивации как новом подходе, который может быть использован для лечения патогенов и может решить проблему антимикробной резистентности. В этом контексте фуллерен может быть использован в качестве фотосенсибилизатора для антимикробной фотодинамической инактивации благодаря хорошей фотостабильности, выходу O2 и реактивных форм кислорода, а также широкому спектру антибактериальной активности против грамположительных и грамотрицательных бактерий. Авторы рассмотрели и подвергли критическому обсуждению роль фотосенсибилизаторов в антимикробной фотодинамической инактивации.
В заключение можно сделать вывод, что данный обзор подтверждает тот факт, что биогенно синтезированные наноматериалы обладают повышенной биоактивностью, биосовместимостью и легко синтезируются в естественных условиях. Эти наночастицы демонстрируют замечательную антимикробную активность против патогенных микробов, в том числе с множественной и широкой лекарственной резистентностью. Такие наноматериалы также могут быть модифицированы полимерами. Кроме того, наночастицы, такие как фуллерен, могут быть использованы в качестве фотосенсибилизатора для антимикробной фотодинамической инактивационной терапии. Мы надеемся, что в будущем наноматериалы, особенно биогенные, откроют новые возможности в качестве альтернативной стратегии лечения. Однако для решения проблем токсичности наноматериалов необходимы дополнительные исследования.
