Forskare vid Institutet för fysikalisk kemi vid den polska vetenskapsakademin (IPC PAS) har visat att nanopartiklar av grönt te och silver är ett kraftfullt verktyg mot patogener som bakterier och jäst. Deras arbete publiceras i Nanoscale Advances .

Deras mål var att utveckla en effektiv metod för att bekämpa bakterier som annars är opåverkade av antimikrobiella medel, såsom antibiotika.

Överanvändningen av antibiotika har lett till uppkomsten av resistens mot dessa föreningar, och har blivit ett av de största hälsohoten i världen.

Som ett resultat har antibiotikaresistens uppstått snabbare än antibiotikans framsteg, ett fenomen som forskats av teamet av forskare från IPC PAS under ledning av prof. Jan Paczesny, som föreslog nya nanoformuleringar för användning mot utbredda och utmanande patogener som ESKAPE bakterier (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa och Enterobacter spp.) och andra problematiska jästpatogener som Candida auris eller Cryptococcus neoformans.

Dessa mikroorganismer, behandlade med kommersiellt tillgängliga antibiotika, utvecklar snabbt antibiotikaresistens. Forskare valde ESKAPE som målgrupp eftersom dessa patogener leder till allvarliga sjukdomar, från sepsis till till och med cancer.

För några månader sedan beslutade Paczesnys team att försöka kombinera silvernanopartiklar, som är kända för sina antimikrobiella och svampdödande egenskaper, och teextrakt rika på polyfenoler som har antioxidantegenskaper. Konceptet byggdes för att förbättra bredspektrumeffektiviteten mot patogener med hjälp av gröna hybrid-silvernanopartiklar (AgNP), som är betydligt effektivare än alla ingredienser och till och med effektivare än vissa antibiotika.

Varför är dessa hybridpartiklar så speciella? I deras arbete användes tre välkända tesorter:svart te (B-Tea), grönt te (G-Tea) och Pu-erh tea (R-Tea) som täckmedel, som fungerar som en stabilisator för att skydda de syntetiserade partiklarna från aggregation. På detta sätt erbjuder partiklarna en hög aktiv yta jämfört med andra formuleringar. Dessutom är sådan syntes miljövänlig för användning av naturliga ingredienser under nederbörd.

De producerade strukturerna varierar i form och storlek från 34 till 65 nm, beroende på vilken typ av te som används under syntesen, och visar olika reaktivitet mot mikroorganismer.

Inledningsvis användes silvernanopartiklar producerade i närvaro av teextrakt (B-TeaNPs, G-TeaNPs och R-TeaNPs) för att behandla gramnegativa (E. coli) och grampositiva (E. faecium) bakteriestammar för att testa effekt på stammar med olika cellhöljemorfologier. De tittade på interaktionerna mellan de tillverkade nanopartiklarna och patogenerna för att bestämma effektiviteten, och jämförde resultaten med kommersiellt tillgängliga antibiotika.

ESKAPE-patogenerna testades sedan enligt ett protokoll för den mest effektiva koncentrationen och sammansättningen av partiklarna, vilket visade upp till 25 % minskning av antalet bakterieceller i E. faecium och 90 % minskning i fallet med E. cloacae . Intressant nog visade de gröna silvernanopartiklarna också svampdödande aktivitet, vilket ledde till en 80 % minskning av antalet livsdugliga celler hos C. auris och en minskning med ungefär 90 % för C. neoformans.

Sada Raza, studiens första författare, hävdar, "Vad mer är, storleken på nanopartiklar är vanligtvis relaterad till den cytotoxiska effekten av nanomaterial, med mindre partiklar som är mer cytotoxiska. Detta bör gynna kontroll AgNPs och R-TeaNPs över G-TeaNPs och B-TeaNPs i våra experiment Detta var inte fallet I de flesta experiment visade C-AgNPs och R-TeaNPs den lägsta antimikrobiella effektiviteten aktivitet hos AgNP."

De antibakteriella och svampdödande egenskaperna hos silvernanopartiklar gjorda med teextrakt är större än hos silvernanopartiklar enbart på grund av deras höga halt av fenolföreningar, isoflavonoider (särskilt katekiner som epigallocatechin (EGC) och epigallocatechin gallate (EGCG)). Dessa kombinationer, med hjälp av biologiskt aktiva teextrakt och mindre mängder silvernanopartiklar, verkar vara ett potentiellt sätt att bekämpa en rad infektioner och till och med ersätta antibiotika i vissa applikationer.

"Vi konstaterade att silvernanopartiklar syntetiserade med teextrakt har högre antibakteriella egenskaper än silvernanopartiklar enbart. Därför kunde lägre doser av TeaNPs användas (0,1 mg mL ⁻¹ ). Vi bekräftade att i vissa fall möjliggjorde den synergistiska effekten av teextrakt och silvernanopartiklar en högre effekt än antibiotika (ampicillin) när de testades i samma koncentrationer (0,1 mg mL ⁻¹ ) och efter en relativt kort exponeringstid på tre timmar", säger Mateusz Wdowiak, medförfattare till detta arbete.

Forskarna fann att de antimikrobiella hybridnanopartiklarna resulterade i en betydande minskning av bakterier jämfört med antibiotika eller föreningar separat. Även om inte alla bakterier dödades, är detta en betydande förbättring som skulle kunna underlätta behandlingen av superbugs med mycket lägre doser än andra kommersiellt tillgängliga föreningar.

Mängden hybrid-silvernanopartiklar som behövs för att övervinna bakterier eller svampinfektioner är extremt låg, vilket gör dem kostnadseffektiva, så nyckeln till att använda dem väl är inte bara funktionalitet, utan också den låga kostnaden för applicering.

Det är ett tillvägagångssätt som även kan anpassas för att bekämpa andra svårbehandlade bakterieinfektioner. De nya nanopartiklarna som utvecklats av forskare vid IPC PAS kan föra oss ett steg närmare att effektivt döda dödliga läkemedelsresistenta superbugs, vilket ger ett alternativ till antibiotika mot Gram-negativa och Gram-positiva bakterier. Denna studie visar också hur mycket mer arbete det finns att göra på detta område. Föreningar som användes separat var mycket mindre effektiva än den gröna hybriden.

I framtiden är forskarnas främsta mål att använda nanopartiklar i vardagen, med början i jordbrukstillämpningar. I en större skala skulle det föreslagna materialet också kunna användas i biomedicinska tillämpningar, såsom en tillsats för sårförband för att skydda mot gramnegativa och grampositiva bakterier. De hoppas också kunna använda nanoteknik för att utveckla mer riktade behandlingar för läkemedelsresistenta superbugs.

Mer information: Sada Raza et al, Förbättra den antimikrobiella aktiviteten hos silvernanopartiklar mot ESKAPE-bakterier och framväxande svamppatogener genom att använda teextrakt, Nanoscale Advances (2023). DOI:10.1039/D3NA00220A

Tillhandahålls av polska vetenskapsakademin