نقدم بروتوكول لتوصيف المواد المتطورة المضادة للميكروبات. هنا، ونشاط مضادات الميكروبات على الأسطح المادية يقاس بطريقتين التي يكمل كل منهما الآخر: واحد يستند إلى اختبار نشر القرص أجار، والآخر إجراء قياسي استناداً إلى المعيار ISO 22196:2007.
تطوير مواد جديدة متقدمة مع خصائص محسنة أصبحت أكثر وأكثر أهمية في مجموعة واسعة من تطبيقات الهندسة الحيوية. هكذا، يجري تصميم العديد من المواد الحيوية رواية لمحاكاة البيئات المحددة المطلوبة للتطبيقات الطبية الحيوية مثل هندسة الأنسجة وإيصال الأدوية الخاضعة للرقابة. تطوير مواد ذات خصائص محسنة لتجميد الخلايا أو الإنزيمات أيضا موضوع أبحاث الحالية في مجال الهندسة البيولوجية. واحدة من الخصائص الأكثر استصواباً لمادة في هذه التطبيقات غير أن قدرة مضادات الميكروبات لتجنب أي عدوى غير مرغوبة. لهذا، فإننا نقدم بروتوكولات سهلة لمتابعة للميكروبات توصيف المواد استناداً إلى الاختبار (ط) نشر القرص أجار (طريقة الانتشار) و (الثاني) المعيار ISO 22196:2007 لقياس نشاط مضادات الميكروبات على الأسطح المادية (جهة الاتصال الأسلوب). يجب تنفيذ هذا البروتوكول باستخدام الجراثيم إيجابية وسلبية الغرام والخميرة لتغطية مجموعة واسعة من الكائنات الدقيقة. على سبيل مثال، يتم اختبار المواد 4 مع الطبيعة الكيميائية مختلفة عقب هذا البروتوكول ضد الإشريكيّة القولونية، المكوّرات العنقودية الذهبيةو المبيضات البيض. نتائج هذه الاختبارات معرض النشاط غير مضادات الميكروبات للمادة الأولى وزيادة النشاط المضاد للبكتيريا ضد الجراثيم إيجابية وسلبية الغرام للمواد الأخرى 3. إلا أن أيا من هذه المواد 4 قادرون على تحول دون نمو المبيضات البيض.
فشل عملية الزرع في كثير من الأحيان نتيجة للعدوى الميكروبية التي تحدث على الرغم من ظروف العمل العقيم والاتقاء بمضادات الميكروبات. هذه المشكلة تسبب تكاليف الرعاية الصحية مرتفعة جداً والمحزن بين المرضى1. أهمية البكتيريا مثل المكوّرات العنقودية الذهبية هي حاليا تعتبر مسببات الأمراض الخطرة جداً في العداوي المستشفوية المرتبطة بالقسطرة ويزرع الطبية الأخرى وهي الملوثات الرئيسية للأدوات الطبية2. ولذلك، وضع استراتيجيات مضادة للميكروبات رواية مطلوب على وجه السرعة للاستخدامات اليومية والطبية على حد سواء.
وتشمل مضادات الجراثيم المضادات الحيوية3ومركبات الأمونيوم الرباعية4، الأيونات المعدنية/أكاسيد5ومضادات الميكروبات الببتيدات (الامبير)6. وأصبحت تدريجيا أقل كفاءة بسبب مقاومة البكتريا7، الذي أخذ في الازدياد بسبب الإفراط في استخدام المضادات الحيوية8المضادات الحيوية. مركبات الأمونيوم الرباعية فقط فعالة جداً لاستخدام قصيرة الأجل بسبب المقاومة الميكروبية9. الأيونات المعدنية/أكاسيد استخدمت طويلاً كعوامل مضادة للميكروبات فعالة جداً، وتستخدم في العديد من المنتجات التجارية المشتركة بما في ذلك ضمادات، مرشحات المياه، والدهانات، إلخ10،،من1112. ومع ذلك، وقد ثبت أن هذه الأنواع من المركبات يمكن أن تكون سامة لبعض أنواع خلايا الثدييات13.
إظهار الامبير مضادات الميكروبات ممتازة وخصائص إيمونومودولاتوري14،15، والبكتيريا ويبدو أن تجد من الصعب جداً تطوير مقاومة ضدها16. عملية لإنتاج الامبير نقية غير مكلفة؛ ولذلك، إنتاج على نطاق واسع غير قابلة للبقاء. وهكذا، وضع استراتيجيات للتصدي للمشاكل في إنتاج الامبير كانت (مثلاً، بيبتويد المضادة للبكتيريا الجزيئات الصغيرة يقلد17، بيبتويدس18, α-الببتيدات19 و β-الببتيدات20). البروتينية انتهت الميثاكريليت وبوليبيبتويدس قد تم تصنيعه ل طلاء مضادات الميكروبات والمضادة للحشف على السفن21.
تطوير مضادات الجراثيم الجديدة مثل المواد المتقدمة في نقية أو النموذج الهجين، قادرة على منع وعلاج الالتهابات المقاوم للأدوية المتعددة، وضروري بشكل متزايد. وضعت مجموعة واسعة من مواد متقدمة جديدة للعديد من حقول الهندسة الحيوية مثل الأنسجة والهندسة البيولوجية مع تحسين الخواص الكيميائية والفيزيائية في العقود الماضية من خلال عدة أساليب: البلازما–البلمرة تطعيم على الركازة مسعور22،،من2324، والخياطة crosslinking الكثافة،من25إلى26، البلمرة في الحل27،،من2829 , 30, بورجين انحلال3231،، وعن طريق إدماج المواد النانوية مثل الجرافين أوكسيد (GO)33،34،،من3536 و الكربون النانو (كنفس)37.
دراسة قدرة الميكروبات من هذه المواد الجديدة يمكن أن تزيد أضعافاً مضاعفة على إمكانية تطبيق الهندسة الحيوية و، ولذلك أصبح من الضروري. نقدم بروتوكولا سهلة المتابعة لقياس نشاط مضادات الميكروبات من هذه المواد المتقدمة الجديدة. هنا، بعد إعداد نموذج، يتم اتباع أسلوبين من أساليب تكميلية: الأولى يستند أجار القرص نشر اختبار38 (طريقة الانتشار) والثاني يستند إلى ال ISO 22196:2007 المعيار39 لقياس نشاط مضادات الميكروبات في الأسطح المادية (أسلوب الاتصال).
يمكن تحليل نشاط مضادات الميكروبات لمواد متقدمة جديدة بموجب هذا البروتوكول سهلة لمتابعة تتكون من 2 إجراءات تكميلية تستند إلى الأساليب القائمة 2: نشر القرص أجار اختبار38 وقياس نشاط مضادات الميكروبات في مواد السطوح وفقا للمعيار ISO 22196:200739.
في هذا المجال البحثي، العديد من اختبارات مضادات الميكروبات التي ذكرت في الأدبيات تعتمد اعتماداً كبيرا على المقايسة. ولذلك، من المهم أن تكون مفصلة جداً ويتفق البروتوكولات في مكان عبر المختبرات. هذه المادة خطوة في هذا الاتجاه. وعلاوة على ذلك، فإنه يمكن أن تكون مفيدة جداً للعديد من الباحثين الذين هم أقل خبرة في هذا الميدان وتتطلب إجراءات معمقة، خطوة بخطوة لمتابعة لنتائج دقيقة.
يمكن استخدام هذا البروتوكول مع العديد من أنواع المواد يقتطع من الأشكال القرص قطرها 10 ملم. يمكن تورم المواد هشة في مذيب مناسب ح 1 لجعل عملية القطع أسهل. وهكذا، يمكن رطب ماء مواد مثل الجيناتيس في الماء المقطر يعقم. ويمكن استخدام المذيبات الأخرى، مثل الإيثانول، كيتون، والميثان، إلى تضخم المواد عمود المصباح ح 1 قبل قصها. ومع ذلك، لا تحتاج بعض المواد مثل poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) منتفخة وأنها يمكن أن تخفض مباشرة. بعد ذلك، من المهم جداً لتجف الأقراص المادية العينة في فرن فراغ وتعقيم كل عينة مع الإيثانول والأشعة فوق البنفسجية ح 1 لتجنب أي خطر التلوث.
هذا البروتوكول وتوصي إدارة أمن النقل و TSB كثقافة وسائل الإعلام، واستخدام الثقافات نقية للكائنات الدقيقة 3 للوصول إلى مجموعة واسعة من الكائنات الدقيقة: البكتيريا إيجابية البكتيريا سلبية الغرام الإشريكيّة القولونية، المكوّرات العنقودية الذهبية، والخميرة المبيضات البيض. ومع ذلك، يمكن أيضا استخدام وسائل الإعلام الثقافة البديلة والكائنات الحية الدقيقة الأخرى التي تحتاج إلى احتضان مختلف الظروف مع هذا البروتوكول. في بعض الأحيان، يتم اختبار الكائنات الدقيقة 1 فقط الحصول على فكرة أولية لنشاط مضادات الميكروبات من مادة جديدة.
المواد التي تبين نشاط مضادات الميكروبات قوية ضد 3 الموصى بها مختلفة ينبغي اختبار أنواع من الكائنات الحية الدقيقة ضد العوامل الممرضة المقاومة للمضادات الحيوية مثل مقاومة للميثيسيلين ابيديرميديس المكوّرات العنقودية (مرسى)، التي وقد استخدمت بنجاح مع هذا البروتوكول. أخرى الكائنات الدقيقة المقاومة للعقاقير الهامة التي تتسبب في الكثير من القلق هي مثسلين مقاومة إيجابية المكوّرات العنقودية الذهبية (الجرثومة) ومقاومة للفانكوميسين انتيروكوكساي (فري) و الغرام الزائفة الزّنجاريّة40،41.
لا يمكن اختبار تثبيط بيوفيلم ونشاط مضادات الميكروبات لمواد ضد أنواع أخرى من الكائنات المجهرية مثل الفيروسات والطفيليات مع هذا البروتوكول. ومع ذلك، يوفر هذا البروتوكول نقطة انطلاق مفيدة للغاية لدراسة الميكروبات جديدة متقدمة المواد.
في اختبار نشر القرص أجار مضادات الميكروبات، يحدث خطوة حاسمة عندما القرص عينة أن توضع في وسط اللوحة لأن بعض المواد أمثال حالما تحصل على اتصال مع وسائط الإعلام أجار. وفي هذه الحالة، من المستحسن استخدام زوج عقيمة من ملاقط تتكشف العينة بعناية. من ناحية أخرى، في أسلوب الاتصال، من الأهمية بمكان أن يغسل عنصر التحكم والأقراص العينة جيدا مع برنامج تلفزيوني قبل بيبيتينج منهم أربع مرات يليه فورتيكسينج قوية و sonication بغية التأكد من أن لا من الكائنات الدقيقة قابلة للتطبيق تظل يلتزم بالمواد السطح.
ويمكن استخدام هذا البروتوكول الفيديو في العديد من تطبيقات الهندسة الحيوية، مثل الهندسة البيولوجية وهندسة الأنسجة وتسليم العقاقير الخاضعة للمراقبة، ومواد التعبئة والتغليف، ومعالجة مياه الصرف الصحي والزراعة التي تستخدم المواد الحيوية مع درجة عالية قدرة الميكروبات المرغوب فيه.
النتائج التي تم الحصول عليها مع أحكام هذا البروتوكول النوعية (الصور) والكمية (عرض طبيعية للبكتيريا “هالو”، وفقدان الصلاحية) مع تحليل جيد في إمكانية تكرار نتائج لها (يعني ± الانحراف المعياري). عند مقارنة مختلف المواد، يجب تحليل هذه القيم الوسطية التي تم الحصول عليها مع تحليل نتائج أسلوب نشرها والاتصال باتجاه واحد ANOVA، يليها تحليل الوظائف المخصصة لتركيا، من أجل دراسة إذا كانوا، إحصائيا، إلى حد كبير مختلفة (ف < 0.01).
The authors have nothing to disclose.
منح 2018-231-001UCV والمؤلفين يود أن يعترف الجامعة الكاثوليكية دي فالنسيا سان فيسنتي مارتير للدعم المالي لهذا العمل من خلال 2017-231-001UCV.
Cylindrical punch | 10 mm diameter | ||
Petri dishes | soria genlab | P101 | 90 mm diameter, sterile |
Tryptic soy agar (TSA) | Liofilchem | 610052 | Dehydrated medium 500 g (powder) |
Tryptic soy broth (TSB) | Liofilchem | 610053 | Dehydrated medium 500 g (powder) |
Sterile cotton swab | EUTOTUBO | 300200 | |
Centrifuge tubes | VIDRA FOC, SA | 429900 | 50 mL, sterile |
Ethanol | VWR | 83813360 | Absolute ethanol |
Sterile 48-wells plate | COSTAR | 3548 | Flat bottom with lid, tissue culture treated, non-pyrogenic, polystyrene |
A pair of tweezers | BRAUN | 24612036 | Toothless |
Sterile phosphate buffered saline (PBS). | VWR | E404-100TAPBS | |
Vaccum oven with a connected vacuum pump | JP Selecta, SA | 5900620 | |
Laminar flow hood | TELSTAR Technologies, SL | TELSTAR AH-100 | 12.0 W lamp of UV-C radiation |
Class II Biological safety cabinet | LABOGENE | MARS 1200 | |
Incubator | ASTEC CO, LTD | SCA-165DR | |
Vortex mixer | Biosan | V-1 Plus | |
Spectrophotometer | Macherey-Nagel, Germany | Nanocolor UV/VIS II | |
Bunsen burner | JP Selecta, SA | 7001539 | |
Alcohol burner | VIDRA FOC, SA | 1658/20 | In case sterilisation is necessary to be performed inside class II biological safety cabinet |
Orbital shaker | sartorius stedim | 8864845 | |
Sonicator | SELECTA | 3000617 | 50/60 Hz |
Digital calliper | ACHA | 17-260 | 0-150 mm |
Serological pipette | Fisherbrand | 13-678-11 | 25 mL, sterile |
Serological pipette | VWR | 612-4950 | 5 mL, sterile |
Serological pipette | VWR | 612-5541 | 10 mL, sterile |
Micropipette | GILSON | FA10005P | Pipetman L P200L, plastic 20-200 µL |
Micropipette | GILSON | F123602 | Pipetman P1000, 200-1000 µL |
Micropipette | GILSON | FA10016 | Pipetman L P12X300L, 20-300 µL |
Micropipette tips | LABBOX | TIBP-200-960 | 2-200 µL |
Micropipette tips | LABBOX | TIBP-1K0-480 | 100-1000 µL |
Pre-sterilized tube | INSULAB | 301402 | 10 mL |
Photo camera | Canon EOS 5D | Any camera with high resolution can also be utilized | |
Gram-positive bacteria Staphylococcus aureus | strain V329 | Cucarella et al. J Bacteriol 183 (9), 2888–2896 (2001) | |
Gram-negative bacteria Escherichia coli | Colección Española de Cultivos Tipo CECT | CECT 101 | |
Yeast Candida albicans | Colección Española de Cultivos Tipo CECT | CECT 1394 | |
Microcentrifuge tubes | DASLAB | 175508 | 1,5 mL |
Autoclave | JP Selecta, SA | 4002136 | |
Spectrophotometer-cuvettes | UVAT Bio CB | F-0902-02 | 4,5 mL |
Drigalski spatula | LABBOX | SPRP-L05-1K0 | Sterile, disposable |
glass balls (2 mm diameter) | Hecht Karl | 1401/2 | Autoclavable, alternative device to the Drigalski spatula |
Autoclave bags | DELTALAB | 200318 | To sterilize microbiological residues or contaminated material |
Electronic pipette filling device | JetPip | JET BIOFIL | |
Laboratory bottle with ISO thread, graduated, borosilicate 3.3 | LABBOX | SBG3-100-010 | 100 mL, for autoclaving culture media |
Laboratory bottle with ISO thread, graduated, borosilicate 3.3 | LABBOX | SBG3-250-010 | 250 mL, for autoclaving culture media |
Laboratory bottle with ISO thread, graduated, borosilicate 3.3 | LABBOX | SBG3-500-010 | 500 mL, for autoclaving culture media |
Laboratory bottle with ISO thread, graduated, borosilicate 3.3 | LABBOX | SBG3-1K0-010 | 1000 mL, for autoclaving culture media |
Latex gloves | DENIA | 2278000000 | |
Indicator tape for sterilization | LABBOX | STAP-A55-001 | Self-adhesive tape with impregnated paper turning to colour when exposed to sterilization process. |
Universal test tube rack | LABBOX | MTSP-001-001 | To hold centrifuge tubes |
Microcentrifuge tube rack | VWR | 211-0210 | To hold microcentrifuge tubes |
Sterile loop | ACEFE S.A. | 100140055 | 10 µL of capacity for microbial culture |
Material M1 | Universidad Católica de Valencia San Vicente Mártir (UCV) | Material type 1 | |
Material M2 | Universidad Católica de Valencia San Vicente Mártir (UCV) | Material type 2 | |
Material M3 | Universidad Católica de Valencia San Vicente Mártir (UCV) | Material type3 | |
Material M4 | Universidad Católica de Valencia San Vicente Mártir (UCV) | Material type 4 | |
Material C | Universidad Católica de Valencia San Vicente Mártir (UCV) | Control material |