Aнтибактеріальний вплив наночастинок срібла на полірезистентні клінічні штами K. pneumoniae

Вступ. Надмірне та неправильне використання антибіотиків для лікування людей, тварин та в сільському господарстві призвело до широкого зростання антибіотикорезистентності та посилення ролі внутрішньолікарняних патогенів. Klebsiella pneumoniae стає все більшою загрозою для здоров’я населення. Наноматеріали є перспективною альтернативою звичайним антибіотикам у боротьбі з мультирезистентними мікробами. Наночастинки срібла є добре відомими металеві наночастинки з антимікробною активністю. Метою нашого дослідження було оцінити поширення стійких до антибіотиків штамів K. pneumonia серед пацієнтів та оцінити антимікробну ефективність НЧ Ag щодо мультирезистентних клінічних штамів K. pneumonia. Матеріали та методи. Штами K. pneumonia були виділені та ідентифіковані з використанням класичного бактеріологічного методу. Чутливість мікроорганізмів до інгібіторів β-лактамаз, карбопенемів, макролідів, оксазолідонів та інших груп антибіотиків оцінювали диско-дифузійним методом Кірбі-Бауера. Здатність НЧ Ag пригнічувати прикріплення та розмноження мультирезистентних штамів K. pneumoniae перевіряли із використанням методу серійних розведень, тесту на редукцію резазурину та СЕМ. Результати. K. pneumonia було виділено з 13,7 % зразків, переважно в мікробних асоціаціях (97,5 %). У 73,2 % випадків мікроорганізми були стійкі до п'яти та більше антибіотиків. НЧ Ag демонстрували антимікробну активність проти досліджуваних штамів у концентрації від 1,25 мкг/мл до 2,5 мкг/мл та спричинювали загибель усі мікроорганізмів через 3 години інкубації. НЧ Ag інгібували утворення біоплівок на початкових етапах та руйнували зрілу (2-х денну) біоплівку у концентрації 20–40 мкг/мл. Ефективність антибіоплівкової дії срібла залежала від віку плівок , утворених K. pneumoniae. На СЕМ зображеннях 2-х денних плівок наявний лізис бактеріальних клітин, у той же час аналіз 5-ти денних біоплівок виявив збереження трьохмірної структури. Висновки. У цьому дослідженні вивчено поширення K. pneumoniae серед пацієнтів з ларингологічною патологією та визначено чутливість мікроорганізмів до одинадцяти антибіотиків. Виявлено високий рівень мультирезистентності серед штамів K. pneumonia. НЧ Ag мають потужний антибактеріальний та антибіоплівковий потенціал проти мультирезистентних K. pneumoniae. Таким чином, наші результати підкреслюють, що НЧ Ag мають багатообіцяючі антимікробні та антибіоплівкові властивості проти мультирезистентних клінічних штамів K. pneumoniae.Introduction. Overuse and misuse of antibiotics in humans, animals, and agriculture has led to the widespread rise of antibiotic resistance and strengthened nosocomial pathogenes' impact. Klebsiella pneumoniae became an increasing threat to public health. Nanomaterials are promising alternatives to conventional antibiotics in the fight against multi-resistant germs. Silver nanoparticles are well-known metallic nanoparticles with antimicrobial activity. Our research aimed to evaluate the spreading of K. pneumonia resistant to antibiotics at hospital and assess the effectiveness of Ag NPs against multi-resistant clinical strains of K. pneumoniae. Material and methods. K. pneumoniae strains were isolated and identified with the use of conventional bacteriological techniques. Susceptibility of the microorganisms was assessed to inhibitors of β-lactamases, carbapenems, macrolides, oxazolidinones, and other groups of antibiotics with use Kirby-Bauer disk diffusion method. The capability of AgNPs to inhibit attachment and multiplication of the K. pneumoniae multi-resistant strains was tested with the use of serial microdilution method, resazurin assay, and SEM. Results. K. pneumoniae was isolated from 13.7% of samples predominantly at the microbial association (97.5%). The microorganisms were resistant to five or more antibiotics in 73.2% of cases. AgNPs possess antimicrobial activity against tested strains at concentrations varied from 1.25 µg/ml to 2.5 µg/ml and kill all germs in 3 hours of incubation. AgNPs inhibited biofilm formation at initial stages and destroyed the mature (2 days) biofilm with Ag NPs treatment at concentrations 20-40 µg/ml. The effectiveness of mature K. pneumoniae biofilm treatment with AgNPs depended on biofilm age. The SEM images of the two-days biofilm reveal lysis of the bacterial cells after the cocultivation with Ag NPs but SEM analysis detected the maintaining of the three-dimensional structure in the case of a five-day biofilm after cocultivation with AgNPs. Conclusions. The distribution of K. pneumonia among patients with laryngeal pathology and its sensitivity to eleven antibiotics were examined. There was revealed the high rate of K. pneumonia multi-resistant strains. Ag NPs have strong antibacterial and anti-biofilm potential against multi-resistant K. pneumoniae. Therefore, our results highlight that the Ag NPs have promising antimicrobial and anti-biofilm abilities against multi-resistant clinical strains of K. pneumoniae

Біологічна ефективність застосування плазмової електрооксидаціі та золь-гель депозиції для створення функціональної поверхні імплантів

Об’єкт дослідження – процеси остеоінтеграція металевих імплантатів. Предмет дослідження – вивчення функціоналізованої поверхні імплантатів, які отримані із застосуванням плазмової електрооксидації і та плазмової електрооксидації і встановлення механізмів взаємодії поверхні з клітинами остеобластичного диферону. В ході виконання проекту авторами була вдосконалена методика плазмової електрооксидації поверхні металевих імплантатів з використанням принципово нових розчинів, зокрема Ca(HCOO)2, Mg(CH3COO)2, H3PO4 з додаванням НА та наночасточок оксидів металів. Вперше були розроблені нові режими оксидації поверхні титан-цирконієвого сплаву з врахуванням сили току, його щільності та часу процесу, виявлені максимальні точки утворення оксидної плівки та залежність топографії поверхні від параметрів процесу оксидації. Встановлено, що протокол електрооксидації при напрузі 500 В і густині струму 150 мА/см-2 (для протоколів з EDTA) може бути оптимальним для отримання поверхневих шарів з високим вмістом фосфатів, а отже, і з високою схильністю до осеоінтеграції. Доведено, що кальцій-фосфатні покриття дозволяють збільшити активність остеогенних клітин, що виявляється у зростанні депозиції кальцію та стимуляції синтезу колагену. Додавання срібла в покриття не призводить до стимулювання проліферації клітин, проте характеризується зростанням синтезу колагену на 2-3 тиждень. Одержані у роботі дані щодо механізмів формування кальцій-фосфатного покриття імплантатів та біологічної відповіді на різний склад поверхні можуть бути використані у подальших прикладних дослідженнях для створення нових класів дентальних імплантатів для ортопедії та стоматології

Biocompatibility and Antibacterial Properties of ZnO-Incorporated Anodic Oxide Coatings on TiZrNb Alloy

In a present paper, we demonstrate novel approach to form ceramic coatings with incorporated ZnO nanoparticles (NPs) on low modulus TiZrNb alloy with enhanced biocompatibility and antibacterial parameters. Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) was used to integrate ZnO nanoparticles (average size 12–27 nm), mixed with Ca(H2PO2)2 aqueous solution into low modulus TiZrNb alloy surface. The TiZrNb alloys with integrated ZnO NPs successfully showed higher surface porosity and contact angle. XPS investigations showed presence of Ca ions and absence of phosphate ions in the PEO modified layer, what explains higher values of contact angle. Cell culture experiment (U2OS type) confirmed that the surface of as formed oxide-ZnO NPs demonstrated hydrophobic properties, what can affect primary cell attachment. Further investigations showed that Ca ions in the PEO coating stimulated proliferative activity of attached cells, resulting in competitive adhesion between cells and bacteria in clinical situation. Thus, high contact angle and integrated ZnO NPs prevent bacterial adhesion and considerably enhance the antibacterial property of TiZrNb alloys. A new anodic oxide coating with ZnO NPs could be successfully used for modification of low modulus alloys to decrease post-implantation complications

Fabrication and Characterization of Electrospun Chitosan/Polylactic Acid (CH/PLA) Nanofiber Scaffolds for Biomedical Application

The present study demonstrates a strategy for preparing porous composite fibrous materials with superior biocompatibility and antibacterial performance. The findings reveal that the incorporation of PEG into the spinning solutions significantly influences the fiber diameters, morphology, and porous area fraction. The addition of a hydrophilic homopolymer, PEG, into the Ch/PLA spinning solution enhances the hydrophilicity of the resulting materials. The hybrid fibrous materials, comprising Ch modified with PLA and PEG as a co-solvent, along with post-treatment to improve water stability, exhibit a slower rate of degradation (stable, moderate weight loss over 16 weeks) and reduced hydrophobicity (lower contact angle, reaching 21.95 ± 2.17°), rendering them promising for biomedical applications. The antibacterial activity of the membranes is evaluated against Staphylococcus aureus and Escherichia coli, with PEG-containing samples showing a twofold increase in bacterial reduction rate. In vitro cell culture studies demonstrated that PEG-containing materials promote uniform cell attachment, comparable to PEG-free nanofibers. The comprehensive evaluation of these novel materials, which exhibit improved physical, chemical, and biological properties, highlights their potential for biomedical applications in tissue engineering and regenerative medicine

Impact of Electrospinning Parameters and Post-Treatment Method on Antibacterial and Antibiofilm Activity of Chitosan Nanofibers

Chitosan, a natural biopolymer, is an ideal candidate to prepare biomaterials capable of preventing microbial infections due to its antibacterial properties. Electrospinning is a versatile method ideally suited to process biopolymers with minimal impact on their physicochemical properties. However, fabrication parameters and post-processing routine can affect biological activity and, therefore, must be well adjusted. In this study, nanofibrous membranes were prepared using trifluoroacetic acid and dichloromethane and evaluated for physiochemical and antimicrobial properties. The use of such biomaterials as potential antibacterial agents was extensively studied in vitro using Staphylococcus aureus and Escherichia coli as test organisms. The antibacterial assay showed inhibition of bacterial growth and eradication of the planktonic cells of both E. coli and S. aureus in the liquid medium for up to 6 hrs. The quantitative assay showed a significant reduction in bacteria cell viability by nanofibers depending on the method of fabrication. The antibacterial properties of these biomaterials can be attributed to the structural modifications provided by co-solvent formulation and application of post-treatment procedure. Consequently, the proposed antimicrobial surface modification method is a promising technique to prepare biomaterials designed to induce antimicrobial resistance via antiadhesive capability and the biocide-releasing mechanism