Eficacia de soluciones in-situ quitosano-nanopartículas plata contra Staphylococcus aureus resistente a meticilina (SARM)

Resumen

Antecedentes: Desarrollar nuevos terapéuticos contra Staphylococcus aureus resistente a meticilina (SARM) es un desafío médico apremiante. Los antisépticos, a diferencia de los antibióticos, pueden atacar cepas resistentes mientras preservan microbiota normal.

Materiales y Métodos: Evaluamos potencia antibacteriana de soluciones quitosano-nanopartículas plata (Ag NP) preparadas in-situ, variando relación quitosano/Ag. Ag NPs sintetizadas vía ruta química verde usando extracto rizoma jengibre y ácido ascórbico; modificación superficial con bromuro cetrimonio (CTAB) también explorada para mejorar dispersibilidad. Nanopartículas resultantes y mezclas quitosano-Ag NP caracterizadas por difracción rayos X (XRD), microscopía electrónica transmisión (TEM), espectroscopía infrarroja transformada Fourier (FTIR), y espectroscopía UV-Vis.

Resultados y Conclusiones: XRD, FTIR, UV-Vis, y TEM confirmaron alta pureza y composición esperada quitosano y Ag NPs. Soluciones quitosano-Ag NP demostraron eficacia antimicrobiana superior comparadas a componentes individuales. En contraste, preparación in-situ soluciones quitosano-Ag NP/CTAB condujo a precipitación y no pudieron evaluarse. Hallazgos sugieren mezclas quitosano-Ag NP son estrategia prometedora combatir bacterias resistentes fármacos.

Antecedentes

Infecciones siguen siendo causa principal morbilidad y mortalidad global, impulsada en parte por uso extendido antibióticos que selecciona organismos resistentes como SARM. Infecciones SARM abarcan espectro desde lesiones cutáneas superficiales a condiciones potencialmente mortales como neumonía, endocarditis, y septicemia, imponiendo carga económica sustancial (≈$3–4 billones anuales). Nuevas estrategias antibacterianas urgentemente necesarias. Antisépticos ofrecen actividad sostenida contra cepas resistentes sin disruptir microbiota huésped. Combinar mecanismos antibacterianos distintos —ej. metales y polímeros naturales— via nanomateriales híbridos presenta enfoque novedoso derrotar bacterias resistentes.

Plata largo reconocida por propiedades antimicrobianas, y nanopartículas plata (Ag NPs) exhiben efectos antibacterianos y antifúngicos potentes. Pueden actuar sinérgicamente con antibióticos convencionales pero también sufrir agregación, liberación iónica incontrolada, y citotoxicidad. Incorporar Ag NPs en biopolímeros como quitosano puede mejorar estabilidad y actividad antimicrobiana. Quitosano, derivado quitina, es biocompatible, bacteriostático, y adecuado aplicaciones médicas. Modificación superficial Ag NPs con CTAB puede mejorar estabilidad dispersión, aunque su impacto en eficacia antibacteriana no fully entendido.

Objetivo este estudio identificar relación óptima quitosano-Ag NP que rinda máxima actividad contra aislamientos clínicos SARM.

Métodos

Materiales

Nitrato plata, ácido L-ascórbico, y CTAB (C16H33N(CH3)3Br) adquiridos Sigma-Aldrich. Rizoma jengibre obtenido localmente. Quitosano (200 kDa, 82 % desacetilación) obtenido Bioprogress. Agua ultrapura (resistividad > 17 MΩ cm⁻¹) y medios microbiológicos estándar usados throughout.

Preparación In-Situ Soluciones Quitosano/Ag NP

Ag NPs primero sintetizadas reduciendo nitrato plata con extracto jengibre y ácido ascórbico bajo reflujo 60 °C por 1.5 h. Partículas resultantes lavadas centrifugación hasta pH neutro. Para Ag NPs modificadas CTAB (Ag/CTAB NPs), 3 ml dispersión 76.4 mg ml⁻¹ Ag NP mezclados con 20 ml solución 6.7 mg ml⁻¹ CTAB y sonicados 3 h. Carga CTAB cuantificada UV-Vis a 190 nm.

Soluciones quitosano (1 % p/v) preparadas disolviendo 1 g quitosano en 100 ml ácido acético 2 % por 24 h a temperatura ambiente. Soluciones quitosano/Ag NP formadas añadiendo volúmenes variables quitosano a dispersiones Ag NP, generando gama concentraciones quitosano y Ag NP (Tabla 1).

Caracterización Fisicoquímica

XRD realizado difractómetro Empyrean (Cu Kα, 1.54 Å). Imágenes TEM usado JEM-ARM-200F a 200 kV. Espectros FTIR registrados espectrómetro Tensor 27 con pastillas KBr (1 mg muestra / 200 mg KBr). Absorción UV-Vis medida espectrómetro Lambda 950 (200–800 nm). Todas mediciones replicadas al menos tres veces.

Pruebas Microbiológicas

Setenta hisopos pacientes (nasal y garganta) cultivados agar sangre. Cincuenta cepas Staphylococcus aureus aisladas y confirmadas pruebas bioquímicas estándar. Susceptibilidad antibiótica evaluada método Kirby-Bauer difusión disco agar Mueller-Hinton para azitromicina, levofloxacino, claritromicina, ciprofloxacino, y meticilina. Cepas SARM definidas per guías CLSI.

Concentraciones inhibitorias mínimas (MICs) quitosano, Ag NPs, y soluciones quitosano-Ag NP determinadas macrodilución caldo. Siete diluciones seriadas dos-veces cada preparación nanopartícula preparadas caldo nutriente, y 1, 2, o 3 ml 1 % quitosano añadidos cada tubo. Tras inoculación 100 µl suspensión bacteriana estandarizada (≈1.5 × 10⁸ CFU ml⁻¹) e incubación 24 h a 37 °C, concentración más baja previniendo crecimiento visible registrada como MIC.

Resultados

Caracterización Ag NPs y Quitosano

Adsorción CTAB sobre Ag NPs rindió adsorptividad 70.0 mg g⁻¹, correspondiendo contenido CTAB ~6.5 %. Patrones XRD mostraron picos característicos plata a 38.15°, 44.33°, 64.48°, 77.47°, y 81.54° 2Θ, confirmando Ag cristalino. Pico ancho (12.00–21.06°) indicó material orgánico residual. Quitosano exhibió picos semicristalinos cerca 9° y 20° 2Θ. Espectros FTIR revelaron grupos funcionales esperados quitosano (estiramiento O-H/N-H ancho 3450–3200 cm⁻¹, amida I a 1652 cm⁻¹) y Ag NPs (flexión CO/CH, estiramiento C=C/C=O). Espectros UV-Vis Ag NPs mostraron pico resonancia plasmon superficie ~387 nm, desplazándose ~417 nm tras modificación CTAB, indicando estabilidad dispersión mejorada. Imágenes TEM revelaron Ag NPs predominantemente esféricas 10–12 nm.

Actividades Antibacterianas

Ag NPs puras y Ag/CTAB NPs mostraron MICs 9.6 µg ml⁻¹ contra todas 10 cepas SARM. Quitosano solo exhibió MIC 6 µg ml⁻¹, con 60 % cepas inhibidas a 3.3–5 µg ml⁻¹. Mezcla quitosano-Ag NP logró MICs tan bajas como 1.2 µg ml⁻¹ para Ag NPs y 3.3 µg ml⁻¹ para quitosano, representando reducciones 2- a 4-veces comparado componentes individuales. Intentos preparar mezcla quitosano-Ag/CTAB resultaron precipitación y no pudieron evaluarse.

Discusión

Nuestros hallazgos confirman mezcla in-situ quitosano con Ag NPs mejora sinérgicamente actividad antibacteriana contra SARM. MICs reducidas sugieren interacción mejorada con células bacterianas, potencialmente través mecanismos combinados: liberación iones plata y superficie policatiónica quitosano disruptando membranas. CTAB, aunque estabilizando nanopartículas, disminuyó eficacia antibacteriana e indujo precipitación, indicando química superficie influye críticamente potencial terapéutico. Estudios futuros deben evaluar citotoxicidad formulación quitosano-Ag NP determinar dosificación clínica segura.

Conclusiones

Soluciones quitosano-Ag NP preparadas in-situ exhiben actividad marcadamente superior contra SARM, reduciendo concentraciones requeridas hasta cuatro-veces relativo constituyentes individuales. Esta estrategia ofrece enfoque prometedor, potencialmente personalizado, contrarrestar infecciones resistentes antibióticos. Evaluación further toxicidad clarificará aplicabilidad clínica.

Abreviaturas

Ag NPs

Nanopartículas plata

CTAB

Bromuro cetrimonio

FTIR

Espectroscopía infrarroja transformada Fourier

SARM

Staphylococcus aureus resistente meticilina

TEM

Microscopía electrónica transmisión

UV-Vis

Espectroscopía ultravioleta-visible

XRD

Difracción rayos X