Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Các ống nano carbon đơn tường phủ silica mesoporous và trang trí bằng nano bạc với hoạt tính kháng khuẩn nâng cao để tiêu diệt vi khuẩn kháng thuốc
Tóm tắt
Mối đe dọa ngày càng tăng của các nhiễm trùng vi khuẩn kháng kháng sinh đã khiến việc phát triển các chiến lược kháng khuẩn mới trở nên cấp bách. Ở đây, chúng tôi đề xuất một nền tảng nanokháng khuẩn mới gồm các ống nano carbon đơn tường được phủ silica mesoporous và trang trí bằng nano bạc, được chế tạo thông qua phương pháp trung gian N-[3-(trimethoxysilyl)propyl]ethylene diamine (TSD) (SWCNTs@mSiO2-TSD@Ag). Trong hệ thống này, các lớp silica mesoporous bên ngoài có khả năng cải thiện khả năng phân tán của SWCNTs, từ đó tăng diện tích tiếp xúc của chúng với màng tế bào vi khuẩn. Đồng thời, một số lượng lớn lỗ rỗng trong các lớp silica hoạt động như các microreactor cho việc tổng hợp tại chỗ các nano bạc với kích thước nhỏ kiểm soát và phân bố đồng nhất, từ đó nâng cao hoạt tính kháng khuẩn. So với các ống nano carbon đơn tường được phủ silica mesoporous biến đổi bằng TSD (SWCNTs@mSiO2-TSD) và các nano bạc thương mại, hệ thống nano kết hợp này của SWCNTs@mSiO2-TSD@Ag thể hiện hiệu suất kháng khuẩn mạnh mẽ hơn rất nhiều đối với các vi khuẩn kháng đa thuốc như Escherichia coli (E. coli) và Staphylococcus aureus (S. aureus) trong ống nghiệm thông qua việc phá hủy màng tế bào vi khuẩn và giải phóng nhanh chóng các ion bạc. Hơn nữa, mô hình nhiễm trùng da chuột trong cơ thể xác nhận rằng SWCNTs@mSiO2-TSD@Ag có khả năng làm sạch vi khuẩn, thúc đẩy sản xuất vết thương và tính tương thích sinh học vượt trội. Do đó, nền tảng nanokháng khuẩn mới này cho thấy tiềm năng hứa hẹn như một công cụ an toàn và mạnh mẽ cho việc điều trị các nhiễm trùng kháng thuốc trong lâm sàng.
Từ khóa
#antibacterial activity #silver nanoparticles #single-walled carbon nanotubes #mesoporous silica #drug-resistant bacteriaTài liệu tham khảo
Worthington, R.J.; Melander, C. Combination approaches to combat multidrug-resistant bacteria. Trends Biotechnol.2013, 31, 177–184.
Zhou, J.L.; Xiang, H.X.; Zabihi, F.; Yu, S. L.; Sun, B.; Zhu, M. F. Intriguing anti-superbug Cu2O@ZrP hybrid nanosheet with enhanced antibacterial performance and weak cytotoxicity. Nano Res.2019, 12, 1453–1460.
Bassetti, M.; Ginocchio, F.; Mikulska, M. New treatment options against gram-negative organisms. Crit Care2011, 15, 215.
Yang, X.L.; Zhang, L.M.; Jiang, X. Y. Aminosaccharide-gold nanoparticle assemblies as narrow-spectrum antibiotics against methicillin-resistant Staphylococcus aureus Nano Res.2018, 11, 6237–6243.
Conly, J.; Johnston, B. Where are all the new antibiotics? The new antibiotic paradox. Can J Infect Dis Med Microbiol. 2005, 16, 159–160.
Sun, P.P.; Zhang, Y.; Ran, X.; Liu, C.Y.; Wang, Z.Z.; Ren, J.S.; Qu, X. G. Phytochemical-encapsulated nanoplatform for “on-demand” synergistic treatment of multidrug-resistant bacteria. Nano Res.2018, 11, 3762–3770.
Agnihotri, S.; Mukherji, S.; Mukherji, S. Size-controlled silver nanoparticles synthesized over the range 5–100 nm using the same protocol and their antibacterial efficacy. RSC Adv.2014, 4, 3974–3983.
Huang, F.; Gao, Y.; Zhang, Y.M.; Cheng, T.J.; Ou, H.L.; Yang, L.J.; Liu, J.J.; Shi, L.Q.; Liu, J. F. Silver-decorated polymeric micelles combined with curcumin for enhanced antibacterial activity. ACS Appl Mater Interfaces2017, 9, 16880–16889.
Xiu, Z.M.; Zhang, Q.B.; Puppala, H.L.; Colvin, V.L.; Alvarez, P. J. J. Negligible particle-specific antibacterial activity of silver nanoparticles. Nano Lett.2012, 12, 4271–4275.
Samberg, M.E.; Orndorff, P.E.; Monteiro-Riviere, N. A. Antibacterial efficacy of silver nanoparticles of different sizes, surface conditions and synthesis methods. Nanotoxicology2011, 5, 244–253.
Chen, J.; Wang, F. Y. K.; Liu, Q.M.; Du, J. Z. Antibacterial polymeric nanostructures for biomedical applications. Chem Commun.2014, 50, 14482–14493.
Lok, C.N.; Ho, C.M.; Chen, R.; He, Q.Y.; Yu, W.Y.; Sun, H.Z.; Tam, P. K. H.; Chiu, J.F.; Che, C. M. Silver nanoparticles: Partial oxidation and antibacterial activities. J Biol Inorg Chem.2007, 12, 527–534.
Qing, Y.A.; Cheng, L.; Li, R.Y.; Liu, G.C.; Zhang, Y.B.; Tang, X.F.; Wang, J.C.; Liu, H.; Qin, Y. G. Potential antibacterial mechanism of silver nanoparticles and the optimization of orthopedic implants by advanced modification technologies. Int J Nanomedicine2018, 13, 3311–3327.
Gliga, A.R.; Skoglund, S.; Wallinder, I.O.; Fadeel, B.; Karlsson, H. L. Size-dependent cytotoxicity of silver nanoparticles in human lung cells: The role of cellular uptake, agglomeration and Ag release. Part Fibre Toxicol. 2014, 11, 11.
Dosunmu, E.; Chaudhari, A.A.; Singh, S.R.; Dennis, V.A.; Pillai, S. R. Silver-coated carbon nanotubes downregulate the expression of Pseudomonas aeruginosa virulence genes: A potential mechanism for their antimicrobial effect. Int J Nanomedicine2015, 10, 5025–5034.
Shao, W.; Liu, X.F.; Min, H.H.; Dong, G.H.; Feng, Q.Y.; Zuo, S. L. Preparation, characterization, and antibacterial activity of silver nanoparticle-decorated graphene oxide nanocomposite. ACS Appl Mater Interfaces2015, 7, 6966–6973.
Tian, Y.; Qi, J.J.; Zhang, W.; Cai, Q.; Jiang, X. Y. Facile, one-pot synthesis, and antibacterial activity of mesoporous silica nanoparticles decorated with well-dispersed silver nanoparticles. ACS Appl Mater Interfaces2014, 6, 12038–12045.
Chen, H.Q.; Wang, B.; Gao, D.; Guan, M.; Zheng, L.N.; Ouyang, H.; Chai, Z.F.; Zhao, Y.L.; Feng, W. Y. Broad-spectrum antibacterial activity of carbon nanotubes to human gut bacteria. Small2013, 9, 2735–2746.
Hong, G.S.; Diao, S.; Antaris, A.L.; Dai, H. J. Carbon Nanomaterials for biological imaging and Nanomedicinal therapy. Chem Rev.2015, 115, 10816–10906.
Nie, C.X.; Cheng, C.; Peng, Z.H.; Ma, L.; He, C.; Xia, Y.; Zhao, C. S. Mussel-inspired coatings on Ag nanoparticle-conjugated carbon nanotubes: Bactericidal activity and mammal cell toxicity. J Mater Chem B2016, 4, 2749–2756.
Wang, N.; Pandit, S.; Ye, L.L.; Edwards, M.; Mokkapati, V. R. S. S.; Murugesan, M.; Kuzmenko, V.; Zhao, C.H.; Westerlund, F.; Mijakovic, I. et al. Efficient surface modification of carbon nanotubes for fabricating high performance CNT based hybrid nanostructures. Carbon2017, 111, 402–410.
Chaudhari, A.A.; Jasper, S.L.; Dosunmu, E.; Miller, M.E.; Arnold, R.D.; Singh, S.R.; Pillai, S. Novel pegylated silver coated carbon nanotubes kill Salmonella but they are non-toxic to eukaryotic cells. J Nanobiotechnol. 2015, 13, 23.
Wang, Y.; Gu, H. C. Core-shell-type magnetic mesoporous silica nanocomposites for bioimaging and therapeutic agent delivery. Adv Mater.2015, 27, 576–585.
Wu, S.H.; Mou, C.Y.; Lin, H. P. Synthesis of mesoporous silica nanoparticles. Chem Soc Rev.2013, 42, 3862–3875.
Qasim, M.; Singh, B.R.; Naqvi, A.H.; Paik, P.; Das, D. Silver nanoparticles embedded mesoporous SiO2 nanosphere: An effective anticandidal agent against Candida albicans 077. Nanotechnology2015, 26, 285102.
Wang, Y.; Song, H.; Yu, C.Z.; Gu, H. C. From helixes to mesos-tructures: Evolution of mesoporous silica shells on single-walled carbon nanotubes. Chem Mat. 2016, 28, 936–942.
Liu, R.; Wang, X.D.; Ye, J.; Xue, X.M.; Zhang, F.R.; Zhang, H.C.; Hou, X.M.; Liu, X.L.; Zhang, Y. Enhanced antibacterial activity of silver-decorated sandwich-like mesoporous silica/reduced graphene oxide nanosheets through photothermal effect. Nanotechnology2018, 29, 105704.
Wang, Y.; Ding, X.L.; Chen, Y.; Guo, M.Q.; Zhang, Y.; Guo, X.K.; Gu, H. C. Antibiotic-loaded, silver core-embedded mesoporous silica nanovehicles as a synergistic antibacterial agent for the treatment of drug-resistant infections. Biomaterials2016, 101, 207–216.
Ruparelia, J. P.; Chatterjee, A.K.; Duttagupta, S.P.; Mukherji, S. Strain specificity in antimicrobial activity of silver and copper nano-particles. Acta Biomater. 2008, 4, 707–716.
Kirchhoff, C.; Cypionka, H. Boosted membrane potential as Bioenergetic response to anoxia in Dinoroseobacter shibae Front Microbiol. 2017, 8, 695.
Novo, D.; Perlmutter, N.G.; Hunt, R.H.; Shapiro, H. M. Accurate flow cytometric membrane potential measurement in bacteria using diethyloxacarbocyanine and a ratiometric technique. Cytometry1999, 35, 55–63.
Kugelberg, E.; Norström, T.; Petersen, T.K.; Duvold, T.; Andersson, D.I.; Hughes, D. Establishment of a superficial skin infection model in mice by using Staphylococcus aureus and Streptococcus pyogenes. Antimicrob Agents Chemother. 2005, 49, 3435–3441.
Samy, R.P.; Gopalakrishnakone, P.; Houghton, P.; Ignacimuthu, S. Purification of antibacterial agents from Tragia involucrata—A popular tribal medicine for wound healing. J Ethnopharmacol. 2006, 107, 99–106.
Zhu, Y.; Wang, Y.M.; Jia, Y.C.; Xu, J.; Chai, Y. M. Roxadustat promotes angiogenesis through HIF-1α/VEGF/VEGFR2 signaling and accelerates cutaneous wound healing in diabetic rats. Wound Repair Regen. 2019, 27, 324–334.
Liong, M.; France, B.; Bradley, K.A.; Zink, J. I. Antimicrobial activity of silver nanocrystals encapsulated in mesoporous silica nanoparticles. Adv Mater.2009, 21, 1684–1689.
Song, J.; Kang, H.; Lee, C.; Hwang, S.H.; Jang, J. Aqueous synthesis of silver nanoparticle embedded cationic polymer nanofibers and their antibacterial activity. ACS Appl Mater Interfaces2012, 4, 460–465.
Cui, G.J.; Sun, Z.B.; Li, H.Z.; Liu, X.N.; Liu, Y.; Tian, Y.X.; Yan, S. Q. Synthesis and characterization of magnetic elongated hollow mesoporous silica nanocapsules with silver nanoparticles. J Mater Chem A2016, 4, 1771–1783.
Song, Z.L.; Ma, Y.J.; Xia, G.G.; Wang, Y.; Kapadia, W.; Sun, Z.Y.; Wu, W.; Gu, H.C.; Cui, W.G.; Huang, X. Y. In vitro and in vivo combined antibacterial effect of levofloxacin/silver co-loaded elec-trospun fibrous membranes. J Mat Chem B2017, 5, 7632–7643.
Shi, X.H.; Kong, Y.; Gao, H. J. Coarse grained molecular dynamics and theoretical studies of carbon nanotubes entering cell membrane. Acta Mech Sin. 2008, 24, 161–169.
Reidy, B.; Haase, A.; Luch, A.; Dawson, K.A.; Lynch, I. Mechanisms of silver nanoparticle release, transformation and toxicity: A critical review of current knowledge and recommendations for future studies and applications. Materials2013, 6, 2295–2350.
Holt, K.B.; Bard, A. J. Interaction of silver(I) ions with the respiratory chain of Escherichia coli: An electrochemical and scanning electrochemical microscopy study of the antimicrobial mechanism of micromolar Ag+. Biochemistry2005, 44, 13214–13223.
Long, Y.M.; Hu, L.G.; Yan, X.T.; Zhao, X.C.; Zhou, Q.F.; Cai, Y.; Jiang, G. B. Surface ligand controls silver ion release of nanosilver and its antibacterial activity against Escherichia coli Int J Nano-medicine2017, 12, 3193–3206.
Seong, M.J.; Lee, D. G. Silver Nanoparticles against Salmonella enterica serotype Typhimurium: Role of inner membrane dysfunction. Curr Microbiol. 2017, 74, 661–670.
Zhang, W.; Yao, Y.; Sullivan, N.; Chen, Y. S. Modeling the primary size effects of citrate-coated silver nanoparticles on their ion release kinetics. Environ Sci Technol. 2011, 45, 4422–4428.
Moran, G.J.; Krishnadasan, A.; Gorwitz, R.J.; Fosheim, G.E.; McDougal, L.K.; Carey, R.B.; Talan, D. A. Methicillin-resistant S. aureus infections among patients in the emergency department. N Engl J Med. 2006, 355, 666–674.
Edwards, R.; Harding, K. G. Bacteria and wound healing. Curr Opin Infect Dis. 2004, 17, 91–96.
Siddiqui, A.R.; Bernstein, J. M. Chronic wound infection: Facts and controversies. Clin Dermatol. 2010, 28, 519–526.
Kingsley, A. The wound infection continuum and its application to clinical practice. Ostomy Wound Manage2003, 49, 1–7.
Park, S. Y.; Lee, H.U.; Lee, Y.C.; Kim, G.H.; Park, E.C.; Han, S.H.; Lee, J.G.; Choi, S.; Heo, N.S.; Kim, D. L. et al. Wound healing potential of antibacterial microneedles loaded with green tea extracts. Mater Sci Eng C2014, 42, 757–762.