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May 16, 2023

Effetto antibatterico sinergico delle nanoparticelle di rame e argento e loro meccanismo d'azione

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9202 (2023) Citare questo articolo

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Le infezioni batteriche sono una delle principali cause di morte nel mondo. Nel caso di infezioni batteriche topiche come le infezioni delle ferite, l’argento (Ag) è stato storicamente uno degli antibatterici più utilizzati. Tuttavia, pubblicazioni scientifiche hanno dimostrato gli effetti negativi dell’argento sulle cellule umane, l’ecotossicità e l’effetto antibatterico insufficiente per la completa eliminazione delle infezioni batteriche. L’uso di Ag sotto forma di nanoparticelle (NP, 1–100 nm) consente di controllare il rilascio di ioni Ag antibatterici ma non è ancora sufficiente per eliminare l’infezione ed evitare la citotossicità. In questo studio, abbiamo testato la potenza di NP di ossido di rame (CuO) diversamente funzionalizzate per migliorare le proprietà antibatteriche delle NP Ag. È stato studiato l'effetto antibatterico della miscela di NP CuO (NP CuO, CuO–NH2 e CuO–COOH) con NP Ag (non rivestite e rivestite). Le combinazioni di CuO e NP di Ag si sono rivelate più efficaci di Cu o Ag (NP) da soli contro un'ampia gamma di batteri, compresi ceppi resistenti agli antibiotici come Escherichia coli gram-negativi e Pseudomonas aeruginosa, nonché Staphylococcus aureus gram-positivi, Enterococcus faecalis e Streptococcus disgalactiae. Abbiamo dimostrato che le NP CuO caricate positivamente migliorano l’effetto antibatterico delle NP Ag fino a 6 volte. In particolare, rispetto alla sinergia delle NP CuO e Ag, la sinergia dei rispettivi ioni metallici era bassa, suggerendo che la superficie delle NP è necessaria per un maggiore effetto antibatterico. Abbiamo anche studiato i meccanismi della sinergia e dimostrato che la produzione di ioni Cu+, una dissoluzione più rapida di Ag+ dalle NP Ag e un legame inferiore di Ag+ da parte delle proteine ​​del mezzo di incubazione in presenza di Cu2+ erano i principali meccanismi della sinergia. In sintesi, le combinazioni CuO e Ag NP hanno consentito di aumentare l’effetto antibatterico fino a 6 volte. Pertanto, l’utilizzo delle combinazioni CuO e Ag NP consente di mantenere eccellenti effetti antibatterici dovuti all’Ag e alla sinergia e migliora gli effetti benefici, poiché il Cu è un microelemento vitale per le cellule umane. Pertanto, suggeriamo di utilizzare combinazioni di NP Ag e CuO in materiali antibatterici, come prodotti per la cura delle ferite, per aumentare l’effetto antibatterico dell’Ag, migliorare la sicurezza e prevenire e curare le infezioni batteriche topiche.

Lo sviluppo di nuovi antibatterici è una delle massime priorità segnalate dall’Organizzazione Mondiale della Sanità e dalla comunità scientifica1. Una recente meta-analisi ha mostrato che nel 2019 si sono verificati 4,95 milioni di decessi associati alla resistenza agli antibiotici e ha evidenziato la necessità di un’azione urgente per affrontare le infezioni batteriche resistenti agli antibiotici2. L’infezione della ferita è un tipo di infezione cronica che può portare a gravi conseguenze come l’amputazione degli arti e, se non gestita, alla morte. Nel 15-27% dei casi, l’infezione batterica della ferita porta alla cancrena che richiede l’amputazione dell’arto3, dimostrando che le attuali strategie di gestione dell’infezione della ferita sono inefficienti e sono necessari approcci migliori.

Nel campo degli antibiotici tradizionali, il concetto combinatorio sinergico è attualmente considerato uno degli approcci più promettenti per trattare le infezioni batteriche ed evitare la resistenza4. La combinazione di diversi farmaci consente di ridurre la dose dei farmaci e quindi provoca minori effetti collaterali rispetto alla monoterapia5.

Tuttavia, gli antibiotici vengono somministrati per via sistemica e le loro combinazioni pongono profili farmacocinetici imprevedibili. Le combinazioni di NP applicate topicamente eliminerebbero questi inconvenienti degli antibiotici sistemici. Pertanto, riteniamo che l’applicazione di NP sinergiche sia molto promettente. Ipotizziamo che, a causa delle diverse modalità di azione sui batteri, le NP Cu e Ag abbiano una maggiore efficacia antibatterica se applicate insieme, mentre il Cu migliora l’efficacia antibatterica delle NP Ag, i migliori antibatterici a base metallica finora conosciuti. Inoltre, il Cu è un microelemento ed è benefico per la guarigione delle ferite, stimolando la migrazione dei fibroblasti, promuovendo la sintesi del collagene, essendo essenziale per l'angiogenesi, supportando la guarigione delle ferite6 e la rigenerazione ossea7. Pertanto, le combinazioni di Cu e Ag NP potrebbero avere un effetto antibatterico superiore, migliorare la guarigione delle ferite e quindi essere un trattamento altamente benefico per le ferite infette.