Наносеребро, новый тип AgNP - противогрибковый и антиамёбный эффект. Сравнение с другими типами.

Наночастицы серебра (AgNP) играют важную роль в области медицины благодаря своей мощной противомикробной активности. Наряду с постоянным возникновением устойчивости к противомикробным препаратам, означает, что AgNP используются как альтернатива для решения этой проблемы.

 Проанализировав противогрибковый и антиамебный эффекты  типа AgNP, вид серебра (AGNR), и сравнили их с другими типами AgNP. Были проведены тесты активности AgNP в отношении различных видов грибов и амеб. Во всех случаях AGNP показали высокий биоцидный эффект. 

Эти результаты открывают возможности для новых и эффективных противомикробных методов лечения, в качестве альтернативы использования противогрибковых или антиамебных фармопрепаратов, что позволяет избежать постоянного появления резистентности и трудностей с искоренением инфекций. 

В последние годы нанотехнологии непрерывно развивались и последние достижения показывают, что наночастицы (NP), в частности наночастицы серебра (AgNP), играют и будут играть важную роль в медицинской, биологической и фармацевтической областях. 

Размеры наночастиц составляют от 1 до 100 нм,и расширение использования AGNP по сравнению с наночастицами других металлов обусловлено их физико-химическими характеристиками и хорошо известным действием серебра, которое придает им отличные противомикробные свойства . В зависимости от способа их синтеза, размера и морфологии AGNP обладают характеристиками, что позволяет применять их в широком спектре функций, таких как биосенсоры и противоопухолевая терапия, в биоимиджинге, заживлении ран, лечении заболеваний и доставке лекарств, а так же в качестве нутрицевтиков. 

На сегодняшний день в нескольких исследованиях описана мощная антимикробная активность AgNP в отношении бактерий, что позволяет рассматривать их как эффективную альтернативу решения проблемы бактериальной множественной лекарственной устойчивости: ампициллину, эритромицину, метициллину или ванкомицину золотистого стафилококка, и сопутствующий рост числа инфекций. Однако мало что известно о влиянии этих частиц на эукариотические микроорганизмы, такие как грибы или паразитов, таких как амебы. И несмотря на сильный антибактериальный эффект AgNP, который был широко описан, механизмы этого действия еще не были полностью выяснены. 

К примеру, было замечено, что использование AgNP, конъюгированных с универсальными растворами для контактных линз, значительно снижает адгезию трофозоитов Acanthamoeba к поверхности контактных линз, снижая риск инфицирования акантамебой кератитом. Также было выявлено, что конъюгация AgNPs с амфотерицином В означает, что нистатин обладает амебицидной активностью, будучи более эффективным против Acanthamoeba castellanii по сравнению с лекарственными препаратами отдельно. 

Что касается размера AGNP, то известно, что чем меньше размер, тем выше  эффективность их использования в качестве противоинфекционных средств. AgNPs небольшого размера могут взаимодействовать с поверхностью микроорганизмов, изменяя многочисленные базовые функции, такие как проницаемость мембран и дыхание. Более того, высвобождаемые ионы серебра могут взаимодействовать с отрицательными зарядами мембраны, усиливая эффект. Они могут взаимодействовать с сульфатными или фосфатными группами ДНК и белков в цитоплазме, вызывая необратимое повреждение и подавляя их рост и репликацию. Кроме того, сообщалось также о продуцировании активных форм кислорода (АФК), фрагментации ДНК и апоптозе. 

В дополнение к этому, форма самого AgNP играет важную роль и, по-видимому, влияет на его активность. Используя различные методы синтеза, можно создавать AGNP сферической, палочковидной или треугольной формы, причем, последние демонстрируют наибольший бактерицидный и противогрибковый потенциал по отношению к зубным имплантам. 

  Недавно была описана новая кольцевидная морфология AgNP, и эти NP продемонстрировали большую эффективность против широкого спектра бактерий. Поскольку три морфологии были получены с помощью одной и той же процедуры, наблюдаемый эффект подчеркнул влияние формы на антибактериальную активность AgNP.

В настоящее время, высокая распространенность грибковых инфекций, низкая доступность противогрибковых препаратов, которые оказывают низкий уровень побочных эффектов на клетки-хозяева, и рост лекарственной устойчивости грибов привели к тому, что AgNP стали мишенью в качестве потенциальных противогрибковых агентов. AGNP проявляют очень хорошую противогрибковую активность в отношении видов Candida, которые участвуют во многих инфекциях, хотя их влияние на другие грибковые патогены практически не изучено. В случае с Candida было описано, что AgNP повреждают структуру клеточной мембраны, образуя отверстия на их поверхности, повышая проницаемость мембран и высвобождая ионы калия, а также ингибируют клеточные процессы, которые участвуют в почковании дрожжей через нарушение целостности мембраны и продуцирование активных форм кислорода, которые в конечном итоге вызывают апоптоз клеток.

Добавление AgNP к различным видам грибов во всех случаях оказывало биоцидный эффект, хотя его степень зависела от микроорганизма и типа используемого AgNP. Candida albicans и Candida glabrata показали высокие значения ингибирования, более 70%, после очень коротких инкубационных периодов, без заметных изменений впоследствии и без больших различий между типами используемой наноструктуры. В случае нитевидных грибов Fusarium solani и Scedosporium apiospermum был получен аналогичный результат. Напротив, у Candida parapsilosis наблюдались различия в паттернах ингибирования, которые зависели от времени инкубации, особенно при использовании AGNR ( представляют собой новый тип AgNP, антибактериальные свойства которого зависят от их формы) у 

S. cerevisiae, обработанных AgNW, эффект также явно зависел от времени инкубации. У обоих этих грибов ингибирование, наблюдаемое при инкубации продолжительностью более 15 минут, было высоким и сходным для всех трех используемых наноструктур.

Проанализировано влияние тип AgNPs и результаты показали, что как тип AgNW, так и AGNR способны полностью подавлять рост как дрожжей, так и нитчатых грибов. Напротив, AgNSs демонстрировали переменный эффект в зависимости от вида грибов, то есть они были способны полностью подавлять рост. Наблюдаемый противогрибковый эффект может быть обусловлен прямым физическим контактом AGNPS с микроорганизмами.

AgNWs и AGNR - снижение пролиферации трохозоитов Acanthamoeba castellanii

Acanthamoeba spp. включает свободноживущие амебы, которые могут действовать как условно-патогенные микроорганизмы. Представляет собой модель негрибковых эукариотических микроорганизмов, что делает интересным анализ влияния AgNPs на их жизнеспособность. В качестве контроля для эксперимента использовались трофозоиты, присутствующие изначально (t = 0 ч), и дополнительные трофозоиты, образовавшиеся после 48+ ч инкубации в отсутствие AgNPs. Во всех случаях наблюдалась некоторая статистически значимая пролиферация, даже в присутствии AgNP, особенно AgNSs (около 195%), хотя также, в меньшей степени, в присутствии AGNR (47%) и AgnWs (23%). Однако, когда значения пролиферации сравнивали с показателями, полученными в отсутствие AgNPs, для AgNSs не наблюдалось существенных различий, в то время как AGNR и AgNWs ингибировали пролиферацию примерно на 71% и 86% соответственно.

Влияние AgNP на прорастание кист A. castellanii изучали путем количественной оценки появления трофозоитов из этих форм устойчивости в отсутствие и в присутствии наночастиц. Во всех случаях было обнаружено, что AgNP значительно подавляли прорастание, хотя величина эффекта сильно зависела от морфологии AgNP. Как AgNSs, так и AgNRr снижали образование трофозоитов примерно на 40%, в то время как AgNW были гораздо более эффективными, полностью ингибируя их образование.

***

Большой цитотоксический потенциал AgNPs широко описан в литературе. В многочисленных исследованиях анализировалась их антибактериальная способность в отношении широкого спектра микроорганизмов, среди которых такие, как золотистый стафилококк, эпидермальный стафилококк, Bacillus subtilis, пневмококковая клебсиелла, кишечная палочка, тифозная сальмонелла. Однако противогрибковым эффектам AgNP уделялось лишь незначительное внимание, и в этой области было опубликовано лишь несколько исследований, причем в большинстве из них в качестве модели использовался род Candida и, в частности, C. albicans. Еще меньше известно об их активности в отношении других паразитических эукариотических микроорганизмов, таких как амеба. Форма, размер и концентрация AgNP являются важными аспектами, влияющими на наблюдаемые эффекты.

При анализе токсического действия различных AgNP на грибы в большинстве случаев можно было наблюдать широкий диапазон эффективности с самого начала и без существенных различий в зависимости от используемой наноструктуры, за исключением S. cerevisiae и C. parapsilosis, где AgNWs и AgNRs показали более низкий эффект в начале инкубации, но затем достигли значений ингибирования, аналогичных двум другим наночастицы в течение более длительных периодов времени. В случае нитчатых грибов достигнутые значения токсичности были очень высокими, были одинаковыми для всех трех типов AgNP и не демонстрировали больших различий с результатами, полученными для большинства дрожжей. Это отличается от того, что ранее было описано для бактерий, где наблюдались различия между анализируемыми бактериями, и, более того, антибактериальный эффект каждого AgNP варьировался в зависимости от тестируемого микроорганизма и его грамположительности. Интересно, что во многих случаях этот ингибирующий эффект был не таким высоким, как у грибов. Кроме того, AgNSs продемонстрировали больший антибактериальный эффект по сравнению с AgNWs и AGNR, подтверждая вывод о том, что чем меньше размер наночастицы, тем выше ее эффективность. А AgNPs прикрепляются к клеточной стенке или мембране как у бактерий, так и у грибов и могут проникать в клетки, приводя к серьезным и разнообразным изменениям в физиологии клеток, вызывая изменения в путях передачи сигнала, индукцию окислительного стресса и повреждение внутриклеточной структуры.  

В этой работе были проанализированы противогрибковые и антиамебные свойства AgNRs, нового типа AgNP, который был недавно описан, и проведено сравнение результатов с результатами двух других морфологий, а именно AgNSs и AgNWs. AGNR проявляли противогрибковую активность во всех случаях, хотя эффективность варьировалась в зависимости от грибка и времени инкубации. Кроме того, они были способны подавлять рост дрожжей, а в случае нитчатых грибов AGNR показали большую эффективность по сравнению с другими AgNP. Кроме того, AGNP были способны частично ингибировать пролиферацию трофозоитов и прорастание кист A. castellanii, наилучшие результаты наблюдаются при использовании AgNW. Эти результаты открывают двери для новых и эффективных противомикробных методов лечения в качестве альтернативы использованию противогрибковых или антиамебных препаратов, что позволяет избежать постоянного появления резистентности и решить проблему искоренения инфекций.

  С развернутыми ответами по данной теме, лабораторными исследованиями, сравнительными таблицами, авторами предоставленного материала можно ознакомиться тут: https://www.mdpi.com/2079-6382/11/8/1054