En este estudio, se sintetizaron nanopartículas de óxido de zinc utilizando un método de precipitación. El efecto antibacteriano de las partículas sintetizadas se probó contra cepas bacterianas de Staphylococcus aureus (SARM) y Pseudomonas aeruginosa resistentes a múltiples fármacos.
Las infecciones bacterianas nosocomiales se han vuelto cada vez más desafiantes debido a su resistencia inherente a los antibióticos. La aparición de cepas bacterianas multirresistentes en los hospitales se ha atribuido al uso extensivo y variado de antibióticos, lo que agrava aún más el problema de la resistencia a los antibióticos. Los nanomateriales metálicos han sido ampliamente estudiados como una solución alternativa para erradicar las células bacterianas resistentes a los antibióticos. Las nanopartículas metálicas atacan a las células bacterianas a través de diversos mecanismos, como la liberación de iones antibacterianos, la generación de especies reactivas de oxígeno o la disrupción física, contra la cual las bacterias no pueden desarrollar resistencia. Entre las nanopartículas metálicas antimicrobianas investigadas activamente, las nanopartículas de óxido de zinc, aprobadas por la FDA, son conocidas por su biocompatibilidad y propiedades antibacterianas. En este estudio, nos centramos en desarrollar con éxito un método de precipitación para sintetizar nanopartículas de óxido de zinc, analizar las propiedades de estas nanopartículas y realizar pruebas antimicrobianas. Las nanopartículas de óxido de zinc se caracterizaron mediante microscopía electrónica de transmisión (TEM), dispersión dinámica de luz (DLS), espectroscopia ultravioleta/visible y difracción de rayos X (XRD). Las pruebas antibacterianas se realizaron mediante la prueba de microdilución de caldo con las cepas multirresistentes de Staphylococcus aureus resistente a meticilina (SARM) y Pseudomonas aeruginosa. Este estudio demostró el potencial de las nanopartículas de óxido de zinc para inhibir la proliferación de bacterias resistentes a los antibióticos.
Las infecciones bacterianas multirresistentes (MDR) suponen una importante amenaza mundial para la salud humana1. Dado que estas infecciones pueden ser mortales en pacientes con afecciones subyacentes, la investigación activa está tratando de abordar este problema2. Las bacterias han evolucionado para evadir la acción de diversos fármacos. La penicilina, ampliamente conocida y a la que se le atribuye haber salvado millones de vidas en todo el mundo, es un antibiótico β-lactámico que inhibe la síntesis de la pared celular bacteriana3. Sin embargo, las bacterias han evolucionado para neutralizar la eficacia de los fármacos a través de diversos mecanismos como bombas de eflujo, alteraciones de la transpeptidasa o disminución de la permeabilidad4. Además, las células bacterianas pueden transmitir estos genes de resistencia a la siguiente generación, aumentando las tasas de supervivencia de la generación siguiente y reforzando el problema de las cepas resistentes5.
El aumento de bacterias resistentes a los antibióticos ha llevado a la aparición de bacterias MDR, que comúnmente exhiben resistencia a múltiples antibióticos. Las cepas MDR se encuentran con mayor frecuencia en entornos hospitalarios, donde múltiples cepas bacterianas están expuestas a diferentes antibióticos y, en consecuencia, desarrollan resistencia a ellos6. Staphylococcus aureus, particularmente S. aureus resistente a la meticilina (SARM), es una bacteria comensal grampositiva que forma grupos en la piel de aproximadamente el 30% de los seres humanos7,8. El SARM, que se identificó por primera vez en la década de 1960, exhibe una sensibilidad reducida a los antibióticos β-lactámicos, lo que resulta en un fuerte aumento en lastasas de infección desde la década de 1990. Entre las bacterias gramnegativas, la Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa) es una de las cepas más prevalentes adquiridas en los hospitales. Esta especie, una bacteria facultativa en forma de bastón, causa infecciones oportunistas en humanos10. En particular, las cepas MDR que afectan directamente a la salud humana son responsables de más del 50 % de las infecciones asociadas a la asistencia sanitaria11. En este estudio, se utilizaron las cepas multirresistentes más comúnmente encontradas en los hospitales, MRSA y P. aeruginosa.
El uso de nanopartículas (NP) con fines antimicrobianos se ha investigado ampliamente para abordar el problema de la resistencia a los antibióticos. Las NP metálicas, en particular, inducen la muerte de las células bacterianas a través de varios mecanismos, lo que ofrece una posible solución al problema de la resistencia a los medicamentos. Las NP metálicas ejercen actividad antimicrobiana a través de múltiples mecanismos, incluyendo la liberación de iones antimicrobianos, la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) y la disrupción física de las células, entre otros medios12. Las NP compuestas de plata, cobre, óxido de zinc (ZnO) y óxido de titanio poseen una alta eficacia antimicrobiana y, por lo tanto, están siendo investigadas activamente13.
Las NP de ZnO han sido aprobadas por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) para su uso en humanos. Por el contrario, a pesar de su alta eficacia antimicrobiana, el uso de NP de plata y cobre en humanos está limitado por su alta citotoxicidad. Sin embargo, las NP de ZnO se encuentran comúnmente en la vida cotidiana e incluso están presentes en formulaciones de protectores solares ampliamente utilizadas14. Cabe destacar que los iones Zn2+ liberados por las NP de ZnO son altamente efectivos en el tratamiento bacteriano, induciendo la muerte celular bacteriana a través de la generación de ROS y otros mecanismos de daño físico15.
Este estudio describe el protocolo para sintetizar nanopartículas de ZnO (NP) utilizando un método de precipitación e introduce un enfoque de prueba antimicrobiana utilizando un método de dilución de microcaldo con muestras clínicas de MRSA y P. aeruginosa. El método de precipitación para las NPs de ZnO consiste en sintetizar NPs sólidas insolubles de ZnO ajustando el pH y la temperatura utilizando precursores solubles como el acetato de zinc o el nitrato de zinc16. Junto con una producción relativamente fácil y rápida, este método garantiza la repetibilidad en la síntesis y facilita el control sobre el tamaño y la morfología de las partículas17. En este protocolo de síntesis, se utilizó hidróxido de sodio (NaOH), uno de los agentes de precipitación más utilizados, para precipitar acetato de zinc, y se empleó una pequeña cantidad de bromuro de hexadeciltrimetilamonio (CTAB) para inhibir la síntesis incontrolada de las nanopartículas18. Entre varias pruebas antimicrobianas, se evaluó la actividad antibacteriana de las nanopartículas de ZnO utilizando el método de dilución de microcaldo, que evita la interferencia óptica de las nanopartículas de óxido metálico y permite la medición directa de colonias para determinar MIC19.
La síntesis de NPs de ZnO a través de la precipitación es relativamente sencilla y directa. Para sintetizar con éxito las NP de ZnO utilizando este método, la agitación es crucial para garantizar que el precursor (acetato de zinc) se disuelva completamente en el disolvente. Además, el aumento de la temperatura ayuda a inducir una reacción exitosa de doble desplazamiento. En la síntesis de NP de ZnO, hay muchos factores que determinan el tamaño y la forma, incluido el a…
The authors have nothing to disclose.
Esta investigación contó con el apoyo de la Beca de Investigación de Posgrado de la Universidad Chung-Ang en 2022 (Sra. Gahyun Lee). Este trabajo también contó con el apoyo de la subvención de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) financiada por el gobierno coreano (MSIT) (No. 2020R1A5A1018052) y por el Programa de Desarrollo Tecnológico (RS202300261938) financiado por el Ministerio de Pymes y Startups (MSS, Corea).
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 |