Наночастицы оксогидроксида меди, допированные лигандами, являются эффективными противомикробными средствами

Фон

Микробные инфекции являются причиной миллионов смертей во всем мире [1]. Часто неэффективность противомикробного лечения связана с устойчивостью микробов к обычным антибиотикам [2,3,4,5]. По этой причине ведется активный поиск новых противомикробных препаратов. Медь давно признана своим антимикробным действием и может иметь потенциал для большей клинической продолжительности жизни, чем стандартные антибиотики, поскольку, по-видимому, она действует через множество механизмов против бактерий, включая взаимодействие с бактериальными белками и ДНК, производство активных форм кислорода (АФК). , и нарушение целостности мембраны [6, 7]. По той же причине предполагается, что потенциал противомикробной устойчивости патогенных бактериальных штаммов к меди и другим металлам ограничен [7,8,9]. Кроме того, медь относительно дешевая и малотоксична для человека, поскольку ее следовые уровни необходимы для эволюции жесткого гомеостатического контроля [10,11,12]. Таким образом, этот металл широко используется для профилактики инфекций, в основном для предотвращения образования бактериальной биопленки на поверхностях в зонах повышенного риска, таких как больницы и дома престарелых [13, 14]. Напротив, медь не нашла значительного терапевтического применения в составе противомикробных препаратов для местного применения, в отличие от серебра, которое широко используется [15].

Бактерии восприимчивы к загрузке меди в их внутриклеточной среде, и эффективность источника меди связана с его способностью выделять ионы меди [16, 17]. В этом отношении серьезной проблемой для противомикробных препаратов на основе меди является получение концентрированного состава, который обеспечивает замедленное высвобождение антимикробной меди в эффективных концентрациях в жидкости, такие как раневой экссудат. Это связано с тем, что медь является гидролитическим ионом металла, и поскольку ее концентрация увеличивается при pH типичных составов для местного применения (т.е. почти нейтральных), увеличивается и ее склонность к гидролизу и образованию нерастворимых оксогидроксидов [18]. При физиологических значениях pH эти оксогидроксиды не являются хорошими субстратами для высвобождения растворимых или, следовательно, потенциально эффективных ионов меди [16, 19, 20].

Недавно, с целью найти биодоступную добавку железа, проблема эффективного высвобождения ионов трехвалентного железа из концентрированного источника оксогидроксида в физиологических условиях была решена посредством структурной модификации первичных частиц. В этой работе железо осаждали в присутствии допирующих кристаллы лигандов GRAS, а именно адипиновой и винной кислот, чтобы целенаправленно дестабилизировать конечную структуру оксогидроксида трехвалентного железа. Эта стратегия имела преимущество в (а) предотвращении необратимой агломерации частиц оксогидроксида трехвалентного железа и (б) в значительном увеличении их лабильности (легкости растворимости) в соответствующих физиологических условиях. Этот материал получил название «тартрат [оксо] гидроксида адипата железа» или IHAT [21, 22]. По аналогии мы рассмотрели здесь, можно ли синтезировать тартрат [оксо] гидроксида адипата меди (ЧАТ) и приготовить его в высоких концентрациях, но при этом выделять ионы меди на эффективных антимикробных уровнях. В частности, целью этой работы было разработать дешевый и масштабируемый синтетический процесс, который дает наночастицы оксогидроксида меди, которые, в отличие от материалов, о которых сообщалось ранее, должны легко выделять биоцидные концентрации ионов меди в моделируемой среде раны.

Таким образом, в этом исследовании мы синтезировали ЧАТ и охарактеризовали его способность доставлять биодоступную медь и, следовательно, демонстрировать антимикробную активность. Мы сосредоточились на штаммах Escherichia coli в качестве «индикаторных» видов для грамотрицательных бактерий [19, 23], но дополнительно продемонстрировали доказательные эффекты против Staphylococcus aureus , как грамположительные бактерии, которые часто обладают множественной лекарственной устойчивостью. Таким образом, исследование было направлено на оценку ценности дальнейшей разработки ЧАТ для клинического применения в местной антимикробной терапии.

Методы

Если не указано иное, все эксперименты проводились с использованием воды сверхвысокой чистоты (UHP) (очистка обратным осмосом; 18,2 Ом / см) при комнатной температуре (20 ± 2 ° C), и все реагенты были приобретены у Sigma Aldrich.

Составы меди и наночастицы CHAT

Исходные материалы хлорида меди (40 мМ меди) получали растворением CuCl ₂ · 2H ₂ О в воде. Штоки наночастиц оксида меди (CuO NPs; Sigma 544868) были приготовлены из коммерческого порошка, который не содержал примесей, имел размер первичных частиц 34 нм (диапазон 10–50 нм) и был предварительно протестирован в качестве антимикробного агента [24, 25,26]. Эти исходные материалы были приготовлены с концентрацией меди 1,3 г / л путем диспергирования порошка в воде при интенсивном перемешивании. Коллоидные суспензии наночастиц ЧАТ были синтезированы методом соосаждения [27]. Вкратце, хлорид меди, винная кислота и адипиновая кислота растворяли в воде для достижения молярного отношения медь / винная кислота / адипиновая кислота в конечной суспензии 2:1:1 и концентрации меди 2,5 г / л. Начальный pH смеси всегда был ниже 2,5, и медь полностью растворялась. Затем медленно увеличивали pH, добавляя по каплям концентрированный раствор NaOH (5 M) при постоянном перемешивании до pH 8,2 ± 0,2.

Медное содержание и фазовое распределение приостановок чата

Содержание меди в коллоидных суспензиях определяли методом оптической эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES, Jobin Yvon 2000, Horiba). Все образцы были разбавлены до концентраций ниже 100 мг / л в 5% HNO ₃ ( v / v ) не менее чем за 24 часа до анализа, чтобы гарантировать полную растворимость меди. Калибровочные стандарты (от 0,1 до 100 мг / л меди) сопоставлены с матрицей в 5% HNO ₃ , а количественное определение меди проводили при 324,754 нм. Фракционирование меди на процентное содержание агломерированной, наночастиц и растворимой меди было достигнуто путем фильтрации и ультрафильтрации исходных материалов ЧАТ. Суспензии фильтровали (отсечка 200 нм), и ретентат считали агломерированной фракцией. Чтобы выделить растворимую медь и отличить ее от меди в виде наночастиц, коллоидную суспензию подвергли ультрафильтрации через фильтр 3 кДа (Sartorius Vivaspin 500 VS0192; 16 000 × г , 5 мин), поскольку это соответствует отсечке менее 1 нм (Zetasizer Software 7.11, Malvern Instruments Ltd). Содержание меди во всех фракциях (общее, фильтрат 200 нм, ультрафильтрат 3 кДа) определяли с помощью ICP-OES, и фракции, выраженные в процентах по отношению к общему содержанию меди, выглядят следующим образом:

Определение содержания меди и соотношения меди и лиганда в сухих наночастицах CHAT

Наночастицы ЧАТ были агломерированы и осаждены, чтобы обеспечить извлечение и удаление несвязанных компонентов. Для этого к коллоидным суспензиям CHAT (2,5 г / л меди) добавляли этанол в соотношении 2:1 этанол / суспензия ( v / v ), и полученные агломераты ЧАТ выделяли центрифугированием (4500 × g × 15 мин в Mistral 6000). Фазу раствора, содержащую несвязанные лиганды, отбрасывали. Определение содержания меди в твердофазном ЧАТ было следующим. Порошок получали сушкой в ​​печи осажденных этаноловым спиртом гранул до постоянного веса при 45 ° C. Затем это было измельчено и получено 35,2 ± 0,3 мг ( n =2) был расщеплен в 11 ± 1 г 70% HNO ₃ , с записью точного веса. После полного переваривания этот раствор разбавляли водой в 20 раз и определяли концентрацию меди с помощью ICP-OES. Отношения лиганда к меди определяли непосредственно из высушенных, осажденных этанолом агломератов ЧАТ. Сначала агломераты ресуспендировали в воде до их первоначального объема, чтобы облегчить растворение с меньшими количествами HCl - требование для анализа с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Аликвоты растворяли в 5% HNO ₃ . для анализа меди с помощью ICP-OES (как описано выше) или в 80 мМ HCl для анализа лигандов ВЭЖХ (винной и адипиновой кислот). Анализ лигандов проводили в стандартной обращенно-фазовой хроматографической системе (колонка C18 в Waters Alliance 2690/5, оснащенная детектором 2998 PDA; более подробная информация представлена ​​в дополнительном файле 1).

Физико-химические характеристики суспензий ЧАТ

Гидродинамическое распределение частиц по размерам определяли с помощью динамического светорассеяния (DLS; Zetasizer NanoZS, Malvern Instruments Ltd). Аликвоты коллоидных суспензий CHAT (2,5 г / л меди) переносили в одноразовую кювету емкостью 1 мл, и измерения ( n =3) проводили при 25 ± 2 ° C. Опять же, точные настройки показаны в дополнительном файле 2. Дзета-потенциал суспензий CHAT определяли с помощью лазерного доплеровского микроэлектрофореза (Zetasizer NanoZS, Malvern Instruments Ltd) с использованием одноразовых складчатых капиллярных ячеек (DTS1070) и предполагая диэлектрическую проницаемость 78,5 и вязкость 0,89 сП. Определение характеристик с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) проводили путем нанесения капли суспензии ЧАТ на решетку с дырчатым углеродом и сушкой при 50 ° С в течение ночи. Затем сетка была отображена на ТЕМ (FEI-Philips CM100) при 120 кВ в режиме светлого поля.

Антимикробная активность медных составов

Анализы проводились в среде MOPS (HMM) тяжелых металлов, признанной среде, совместимой с ионами металлов (дополнительный файл 3), которая была дополнена 0,4% глюкозы и 0,1% гидролизатом казеиновой кислоты, а pH доведен до 7,2 ± 0,2 [28] . До добавления соединений меди Escherichia coli (NCTC11100) и золотистый стафилококк RN4220 [29] выращивали в течение ночи при 30 ° C и постоянном встряхивании в инкубаторе Infors HT Minitron при 80 об / мин. После этого бактериальные суспензии разбавляли до оптической плотности 0,05–0,1 (примерно 10 ⁶ клеток / мл) при 595 нм для E. coli ( Multiskan RC 351 Labsystem) или 600 нм для S. золотистый (Считыватель планшетов Multiskan, ThermoFisher Scientific). Затем исходные количества хлорида меди и коллоидного CHAT разбавляли HMM и добавляли к бактериальным суспензиям для получения конечных концентраций меди от 0,4 до 100 мг / л. Затем проводилась инкубация в течение 6–9 часов, и рост бактерий определялся путем мониторинга оптической плотности как показателя бактериальной биомассы.

Растворимость меди с течением времени в среде для роста бактерий определяли путем разбавления исходных запасов хлорида меди и коллоидного ЧАТ в HMM до 12,5, 25 и 50 мг / л меди и определения доли растворимой меди через 0, 2, 4 и 8 ч с помощью ультрафильтрации. (3 кДа) и анализ ICP-OES, как описано выше.

Внутриклеточная биодоступность медных составов

Рекомбинантные биолюминесцентные Cu-чувствительные бактерии, E. coli MC1061 (pSLcueR / pDNPcopAlux), которые реагируют на субтоксичные количества биодоступной меди увеличением своей биолюминесценции, были использованы для количественной оценки биодоступности соединений меди [30]. Бактериальные суспензии готовили, как описано для анализа антимикробной активности, и инкубировали с серией разведений хлорида меди и CHAT (от 0 до 50 мг / л меди) на 96-луночных микропланшетах в течение 4 часов. Биолюминесценцию измеряли с помощью планшетного люминометра Orion II (Berthold Detection Systems), а индукцию биолюминесценции рассчитывали следующим образом:

Внутриклеточное напряжение, вызванное составами меди

Способность соединений меди индуцировать внутриклеточные супероксид-анионы и разрывы одноцепочечной ДНК оценивали с помощью рекомбинантных биолюминесцентных бактерий E. coli K12 ::soxRSsodAlux и E. coli MC1061 (pDEWrecAlux) соответственно [17]. Бактериальные культуры готовили, как описано для антимикробного анализа, и бактерии подвергали серии разведений хлорида меди и CHAT (от 0 до 50 мг / л меди) на белых 96-луночных микропланшетах в течение 4 часов. Работоспособность биосенсоров контролировали путем воздействия на бактерии химического менадиона, индуцирующего супероксид-анион (0,04–30 мкг / л), или перекиси водорода (0,1–150 мг / л) в качестве положительного контроля для E. coli K12 ::soxRSsodAlux или E. coli MC1061 (pDEWrecAlux) соответственно. Снова бактерии инкубировали на белых 96-луночных микропланшетах, биолюминесценцию измеряли с помощью планшетного люминометра Orion II и рассчитывали индукцию биолюминесценции, как в уравнении. 5.

Включение медных составов в гели гидроксиэтилцеллюлозы

Запасы хлорида меди, ЧАТ и коммерческих немодифицированных наночастиц оксида меди (НЧ CuO) разбавляли водой UHP до 250 мг / л меди. Полученные суспензии CHAT и CuO NP имели почти нейтральный pH и могли быть включены непосредственно в гель, но раствор хлорида меди все еще оставался кислым после разбавления и поэтому его pH доводили до 7,0 ± 0,2. Затем непосредственно растворяли гидроксиэтилцеллюлозу (ГЭЦ) (2% w / v ) в различные разбавленные смеси с помощью вальцовой мешалки (Denley Spiramix 5) до образования гомогенных гелей. Десять граммов каждого геля переносили в пробирки Falcon и давали отстояться в течение ночи. Затем 10 мл свежеприготовленного 50 мМ буфера бикарбоната натрия (растворенного из NaHCO ₃ порошка и доведен до pH 7,0 ± 0,2) переносили в каждую пробирку с осторожностью, чтобы минимизировать нарушения на границе раздела гель-жидкость (удельная поверхность 7,1 см ² ). Затем были собраны аликвоты и проанализированы с помощью ИСП-ОЭС для определения высвобождения меди с течением времени.

Результаты

Как описано в разделе «Методы», ЧАТ был синтезирован аналогично его железному аналогу, IHAT [21, 22], путем допирования оксогидроксида меди (2,5 г / л меди) винной и адипиновой кислотами. Это давало стабильные коллоидные суспензии, в которых вся медь проходила через фильтр с длиной волны 200 нм, но очень небольшая часть (5%) проходила через фильтр 3 кДа. Это указывает на то, что большая часть меди представляет собой наночастицы (95%; рис. 1а) с небольшим количеством «свободной» меди и без обнаруживаемых крупных агломератов - опять же, как аналог IHAT [21, 22]. При осаждении в этаноле для удаления несвязанных лигандов и последующей сушке CHAT содержал 31 ± 1% меди ( w / w ) с помощью анализа ICP-OES. Молярные отношения меди к лиганду, последнее определяемое с помощью ВЭЖХ, составляли 2:1 для меди к тартрату и 2:0,3 для меди к адипату. Частицы ЧАТ оказались почти монодисперсными с диаметром 2–3 нм по данным ПЭМ-изображения (рис. 1б). Эти результаты согласуются с данными гидродинамического определения размеров для CHAT плюс гидратная оболочка, поскольку средний диаметр по объему в воде сверхвысокого давления составлял 3,4 нм (рис. 1c), а распределение по размерам было узким (2,4–5,6 нм для 80% объема), когда оценивается с помощью динамического светорассеяния. Средний дзета-потенциал составлял -39 мВ (рис. 1d), что согласуется с наночастицами, которые образуют стабильную водную дисперсию [27], и, действительно, исходная суспензия CHAT оказалась стабильной в течение нескольких лет (дополнительный файл 4).

Характеристика основного раствора ЧАТ. а Распределение медной фазы при 2,5 г / л CHAT:растворимость (<3 кДа) и процент наночастиц. б Визуализация дисперсии наночастиц с помощью ПЭМ. c Гидродинамический гранулометрический состав свежеприготовленных частиц, определяемый динамическим светорассеянием. г Распределение дзета-потенциала ( n =3; планки погрешностей представляют собой стандартные отклонения)

Затем мы рассмотрели антимикробную активность ЧАТ, когда исходные суспензии разбавляли в бактериальной питательной среде до концентраций, связанных с антимикробной активностью солей меди. Для CHAT и хлорида меди кривая ингибирования роста была очень похожей для обоих E. coli и С. золотистый при этом наибольшая активность наблюдается при общих концентрациях меди от 12,5 до 50 мг / л (рис. 2). Заполните E. coli ингибирование роста наблюдали при инкубации с 18,8 (CuCl ₂ ) и 25 (CHAT) мг / л меди, а для S. золотистый полное ингибирование роста было получено при 75 (CuCl ₂ ) и 100 (CHAT) мг / л меди (рис. 2; процент ингибирования роста в зависимости от концентрации меди приведен в дополнительном файле 5).

кишечная палочка (вверху) и золотистый стафилококк (внизу) кривые роста, представленные здесь как оптическая плотность, при воздействии различных концентраций хлорида меди (слева) или ЧАТ (справа) в добавленном ТММ.

Действительно, при этих концентрациях противомикробных препаратов по крайней мере 94% ЧАТ быстро растворялось (в течение 15 мин), что опять же было оценено с помощью ультрафильтрации и анализа ICP-OES (рис. 3a). Поэтому мы ожидали, что антимикробная эффективность ЧАТ была связана с этой химической лабильностью, с быстрым растворением наночастиц, позволяющим внутриклеточным бактериям приобретать ионы меди. Чтобы проверить это, мы проверили Cu-sensing E. coli , MC1061 (pSLcueR / pDNPcopAlux), в котором биолюминесценция увеличивается в ответ на субтоксичные концентрации внутриклеточных ионов меди [30], с медью от 0 до 50 мг / л в виде CHAT или хлорида меди. Повышение концентрации в культуральной среде обоих источников меди привело к увеличению биолюминесценции в E. coli напряжение сенсора меди (рис. 3b), что согласуется с повышением внутриклеточной меди. Наклон кривой доза-ответ был идентичным до 6,25 мг / л для обоих источников меди, подтверждая, что биодоступная медь из ЧАТ была сопоставима с полностью солюбилизированным источником. После этого при концентрациях меди до 50 мг / л люминесценция не увеличивалась из-за токсичности обоих соединений меди (рис. 3b).

а Профиль растворения CHAT в добавленном HMM при 12,5, 25 и 50 мг / л меди. Доза-реакция индукции биолюминесценции рекомбинантных люминесцентных бактерий: b внутриклеточный реагирующий на ион меди E. coli MC1061 Бактерии pSLcueR / pDNPcopAlux, c Ответ на повреждение ДНК E. coli MC1061 (pDEWrecAlux) и d супероксид-анион-реагирующий E. coli K12 ::soxRSsodAlux при воздействии в течение 4 часов в HMM с добавлением хлорида меди, CHAT (концентрация в мг Cu / л) и соответствующих контролей (менадион в c и H ₂ О ₂ через д )

Параллельно с изучением внутриклеточной меди у E. coli подвергнутые воздействию растворов, приготовленных с ЧАТ или хлоридом меди, мы также проверили способность этих растворов запускать внутриклеточные супероксидные анионы или вызывать повреждение бактериальной ДНК в различных E. coli биосенсоры на основе. Ни в том, ни в другом случае не было заметного эффекта, несмотря на то, что сенсоры реагировали на соответствующие положительные контроли, а именно на перекись водорода и менадион, соответственно (рис. 3c, d). Взятые вместе, эквивалентные ответы трех бактериальных биосенсоров на растворы, приготовленные из различных химических форм меди, убедительно подтверждают мнение о том, что в обоих случаях бактерии подвергались воздействию одной и той же растворимой меди, несмотря на то, что один препарат начинался как наночастицы.

Наконец, как отмечалось выше, преимущество ЧАТ перед растворимыми солями меди было бы очевидным только в том случае, если бы концентрированный состав позволял первому сохранять свою химическую лабильность в отличие от вторых. Используя гидроксиэтилцеллюлозу (HEC), обычную водную основу для составов для местного применения [31,32,33], мы включили 250 мг / л меди в виде хлорида меди, CHAT или коммерческих наночастиц CuO. Когда 10 мл 50 мМ NaHCO ₃ буфер в виде упрощенного раневого экссудата был добавлен к 10 г каждого из содержащих медь гелей HEC (т.е. 2,5 мг меди), наблюдалось замедленное высвобождение меди из препарата, содержащего CHAT, до более чем 60 мг / л за счет 24 ч (рис.4). Более того, высвобождение было относительно быстрым, антимикробно-активные концентрации достигаются через 2–4 часа. Напротив, pH-нейтрализованный хлорид меди был плохим субстратом для высвобождения меди, как и ожидалось из-за его склонности к гидролизу и образованию агломератов оксогидроксидов меди, поэтому к 24 часам в растворе было достигнуто только 10 ± 7 мг / л меди. (Рис.4). Коммерческие наночастицы CuO не показали заметного выделения меди (рис. 4).

Высвобождение меди из матриц ГЭЦ, содержащих ЧАТ, хлорид меди или наночастицы оксида меди (НЧ CuO), все при 250 мг / л меди

Обсуждение

Мы показываем здесь, что наноматериал на основе меди, а именно CHAT, может быть составлен в высоких концентрациях, в отличие от ранее описанных наночастиц на основе меди [34, 35], при этом сохраняя свои свойства как лабильный источник биодоступной меди с антимикробной эффективностью. Как отмечалось выше, синтез ЧАТ был вдохновлен предыдущими многолетними работами над аналогом железа, IHAT [21, 22]. Это, в свою очередь, было вдохновлено природным решением проблемы быстрого обмена минералов in vivo для эффективного рециклинга основных ионов металлов, в результате чего органические молекулы используются для дестабилизации кристаллической структуры первичных минеральных частиц [21, 22]. В синтетических вариантах лиганды GRAS встраиваются в оксогидроксиды металлов по мере их образования в растворе из сшивающих полимеров [21, 22]. За счет структурной дестабилизации это обеспечивает лабильность конечной минеральной фазы, а также генерирует сильно отрицательные наночастицы - как показывает измерение дзета-потенциала - которые отражают агломерацию и агрегацию, таким образом создавая суспензии наночастиц, которые были стабильными в течение многих лет. Здесь, и как ранее было показано для IHAT, тартрат был доминирующим лигандом в достижении этих физико-химических изменений в структуре оксогидроксида меди, так как его включение составляло ок. В 3 раза больше, чем у адипата, причем последний действует в большей степени как буфер во время синтеза [21, 22].

В отсутствие модификации свежеосажденные оксогидроксиды металлов будут агломерироваться и агрегировать и начнут стареть, в результате чего они конденсируются и постепенно увеличивают свою кристалличность. Эти размерные и минеральные фазовые переходы снижают способность структур участвовать в обратной реакции, то есть повторно растворяться. Поэтому неудивительно, что при свежеобразовании оксогидроксида меди в результате нейтрализации pH раствора хлорида меди по крайней мере некоторое количество растворимой меди выделялось в нашем анализе высвобождения из геля (рис. 4), тогда как для коммерческих НЧ CuO, которые были агломерировалась и содержала более конденсированную минеральную фазу (например, оксид меди), выделялась необнаруживаемая медь. Отсутствие растворения коммерческих наночастиц 30 нм, которые, независимо от их агрегатного состояния, имели бы большую площадь поверхности для растворения, показывает, что минеральная фаза является ключевым фактором высвобождения ионов меди и что, как отмечалось выше, модификация первичных частиц минерала, полученного здесь путем легирования лигандом, действительно требуется для того, чтобы вызвать заметный сдвиг в характеристиках растворения. Кроме того, синтез ЧАТ проводили при комнатной температуре, поскольку высокая температура синтеза способствует менее аморфным фазам, что, следовательно, может снижать скорости растворения. Кроме того, синтез при комнатной температуре позволяет снизить энергетические затраты при масштабном производстве.

Хотя могут быть и другие способы создания высоких стабильных концентраций меди, которые обеспечивают замедленное высвобождение и быстрое растворение ионов, когда это необходимо, мы не можем представить себе другой синтез, который был бы настолько простым, а стоимость товаров (для реагентов) столь низкой. Это важные факторы, поскольку проблема актуальных инфекций и бактериальной устойчивости никоим образом не ограничивается развитыми странами. Развивающиеся страны все чаще сталкиваются с проблемами устойчивости к бактериям, поэтому срочно требуются доступные и эффективные решения [36, 37]. Хотя исследований для получения конкретных растворов недостаточно, есть свидетельства того, что бактериям труднее достичь устойчивости к ионам токсичных металлов, чем к обычным антибиотикам [7]. Теория основана на идее о том, что медь и серебро, вероятно, не обладают отдельными путями антимикробной активности, а, скорее, могут воздействовать на несколько мишеней, включая различные ферментные системы, и, таким образом, могут дестабилизировать общую структуру бактериальных клеток [17, 19, 38]. Действительно, было показано, что бактерии остаются восприимчивыми к ионам меди и некоторых других металлов, несмотря на воздействия на протяжении столетий [6, 7, 39]. Интересно, что недавно появились данные о том, что противомикробные препараты на основе металлов могут даже вернуть бактериальную чувствительность к обычным антибиотикам, несмотря на предшествующую резистентность [40, 41].

Выводы

Здесь мы продемонстрировали, что проблема биодоступных ионов меди при физиологических значениях pH и высоких концентрациях может быть решена путем допирования медного наноминерала органическими кислотами, аналогично той, которая ранее использовалась для аналогов железа [21, 22]. Эти наночастицы на основе меди (называемые ЧАТ) легко растворяются в бактериальной среде, демонстрируя внутриклеточное поглощение меди и антибактериальную активность, эквивалентную растворимым солям меди. Однако, что важно, и в отличие от простых солей меди, CHAT может быть сконцентрирован в pH-нейтральном составе и сохранять свою лабильность с точки зрения высвобождения ионов меди. Действительно, CHAT высвобождает ионы меди в пределах бактерицидного диапазона и, таким образом, может быть основой для нового местного противомикробного агента либо отдельно, либо для повышения эффективности устойчивости к антибиотикам. С ростом устойчивости к антибиотикам необходимы новые противомикробные препараты для местного применения, а ЧАТ является недорогим, легко синтезируемым и использует компоненты, которые обычно считаются безопасными (GRAS). Заслуживают исследований in vivo.

Сокращения

ЧАТ:

Наночастицы тартрата [оксо] гидроксид адипата меди

НЧ CuO:

Наночастицы оксида меди

DLS:

Динамическое рассеяние света

кишечная палочка :

Э. coli

GRAS:

В целом признано безопасным

HEC:

Гидроксиэтилцеллюлоза

HMM:

Хэви-метал MOPS средний

ВЭЖХ:

Высокоэффективная жидкостная хроматография

ICP-OES:

Оптико-эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой

IHAT:

Наночастицы тартрата [оксо] гидроксид адипата железа

MOPS:

3- ( N -морфолино) пропансульфоновая кислота

золотистый стафилококк :

С. золотистый

UHP:

Сверхвысокая чистота