Efeito antibacteriano sinérgico de nanopartículas de cobre e prata e seu mecanismo de ação

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 9202 (2023) Cite este artigo

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As infecções bacterianas são uma das principais causas de morte em todo o mundo. No caso de infecções bacterianas tópicas, como infecções de feridas, a prata (Ag) tem sido historicamente um dos antibacterianos mais amplamente utilizados. No entanto, publicações científicas demonstraram os efeitos adversos da prata nas células humanas, ecotoxicidade e efeito antibacteriano insuficiente para a eliminação completa de infecções bacterianas. O uso de Ag na forma de nanopartículas (NPs, 1–100 nm) permite controlar a liberação de íons Ag antibacterianos, mas ainda não é suficiente para eliminar a infecção e evitar a citotoxicidade. Neste estudo, testamos a potência de NPs de óxido de cobre (CuO) diferentemente funcionalizados para melhorar as propriedades antibacterianas de Ag NPs. O efeito antibacteriano da mistura de CuO NPs (CuO, CuO–NH2 e CuO–COOH NPs) com Ag NPs (não revestidas e revestidas) foi estudado. As combinações de CuO e Ag NP foram mais eficientes do que Cu ou Ag (NPs) isoladamente contra uma ampla gama de bactérias, incluindo cepas resistentes a antibióticos, como Escherichia coli gram-negativa e Pseudomonas aeruginosa, bem como Staphylococcus aureus gram-positivo, Enterococcus faecalis e Streptococcus dysgalactiae. Mostramos que NPs de CuO carregadas positivamente aumentaram o efeito antibacteriano de Ag NPs em até 6 vezes. Notavelmente, em comparação com a sinergia de CuO e Ag NPs, a sinergia dos respectivos íons metálicos foi baixa, sugerindo que a superfície NP é necessária para o efeito antibacteriano aprimorado. Também estudamos os mecanismos de sinergia e mostramos que a produção de íons Cu+, dissolução mais rápida de Ag+ de AgNPs e menor ligação de Ag+ por proteínas do meio de incubação na presença de Cu2+ foram os principais mecanismos da sinergia. Em resumo, as combinações de CuO e AgNP permitiram aumentar o efeito antibacteriano em até 6 vezes. Assim, o uso de combinações de CuO e Ag NP permite reter excelentes efeitos antibacterianos devido a Ag e sinergia e aumenta os efeitos benéficos, uma vez que o Cu é um microelemento vital para as células humanas. Assim, sugerimos o uso de combinações de Ag e CuO NPs em materiais antibacterianos, como produtos para tratamento de feridas, para aumentar o efeito antibacteriano de Ag, melhorar a segurança e prevenir e curar infecções bacterianas tópicas.

O desenvolvimento de novos antibacterianos é uma das principais prioridades sinalizadas pela Organização Mundial da Saúde e pela comunidade científica1. Uma meta-análise recente mostrou que houve 4,95 milhões de mortes associadas à resistência a antibióticos em 2019 e destacou a necessidade de ação urgente para lidar com infecções bacterianas resistentes a antibióticos2. A infecção de feridas é um tipo de infecção crônica que pode levar a consequências graves, como amputação de membros e, quando não tratada, à morte. Em 15–27% dos casos, a infecção bacteriana da ferida leva à gangrena que requer a amputação do membro3, demonstrando que as estratégias atuais de gerenciamento da infecção da ferida são ineficientes e abordagens aprimoradas são necessárias.

No campo dos antibióticos tradicionais, o conceito sinérgico combinatório é atualmente considerado uma das abordagens mais promissoras para tratar infecções bacterianas e evitar resistência4. A combinação de diversas drogas permite reduzir a dose das drogas e, assim, causar menos efeitos colaterais em comparação com a monoterapia5.

No entanto, os antibióticos são administrados sistemicamente e suas combinações apresentam perfis farmacocinéticos imprevisíveis. As combinações de NP aplicadas topicamente contornariam essas desvantagens dos antibióticos sistêmicos. Assim, consideramos a aplicação de NPs sinérgicas muito promissora. Nossa hipótese é que, devido aos diferentes modos de ação nas bactérias, Cu e Ag NPs têm maior eficácia antibacteriana quando aplicados juntos, enquanto Cu aumenta a eficácia antibacteriana de Ag NPs - os melhores antibacterianos à base de metal conhecidos até agora. Além disso, o Cu é um microelemento e é benéfico para a cicatrização de feridas, estimulando a migração de fibroblastos, promovendo a síntese de colágeno, sendo essencial para a angiogênese, auxiliando na cicatrização de feridas6 e na regeneração óssea7. Assim, as combinações de Cu e Ag NP podem ter um efeito antibacteriano superior, melhorar a cicatrização de feridas e, portanto, ser um tratamento altamente benéfico para feridas infectadas.