Nanotechnology Now - Comunicato stampa: Nanoparticelle d'argento: garanzia di un tè sicuro antimicrobico

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A volte la più semplice visita in farmacia può portare a risultati che sorprendono anche chi ha una fantasia molto sviluppata. I ricercatori dell’IPC PAS hanno prodotto nanoparticelle che combattono gli agenti patogeni, compresi i batteri resistenti ai farmaci, in modo molto più efficace di alcuni antibiotici. Foto per gentile concessione della farmacia Lekoteka; Credito immagine: Grzegorz Krzyzewski CREDITO Fonte IPC PAS, Grzegorz Krzyzewski

Sometimes the simplest visit to the pharmacy can lead to results that surprise even those with a highly developed imagination. Researchers from the IPC PAS have produced nanoparticles that fight pathogens, including drug-resistant bacteria, much more effectively than some antibiotics. Photo courtesy of Lekoteka pharmacy; Image credit: Grzegorz Krzyzewski

CREDITO
Fonte IPC PAS, Grzegorz Krzyzewski

Abstract:
Un tempo si credeva invincibili contro le malattie batteriche, grazie agli antibiotici. Sembra una favola? Con ogni mezzo! Nulla potrebbe essere più lontano dalla verità. Nonostante l’ampio accesso alla terapia antibiotica, molte vite vengono perse a causa di agenti patogeni invisibili agli occhi. La capacità di sviluppare farmaci in grado di combattere ceppi batterici resistenti non ha tenuto il passo con la diffusione della resistenza. Finora, le innovazioni per sconfiggere i ceppi batterici resistenti agli antimicrobici sono molto richieste. Recentemente, i ricercatori dell’Istituto di chimica fisica dell’Accademia polacca delle scienze (IPC PAS) hanno dimostrato che le nanoparticelle di tè verde e argento sono un potente strumento contro agenti patogeni come batteri e lieviti. Il loro obiettivo era sviluppare un metodo efficace per combattere i batteri che altrimenti non sarebbero influenzati dagli agenti antimicrobici, come gli antibiotici.

Nanoparticelle d’argento: garantiscono la sicurezza del tè antimicrobico

Varsavia, Polonia | Pubblicato il 17 novembre 2023

In seguito alla scoperta degli antibiotici, si è verificato un cambiamento nella maledizione dell’umanità accelerando lo sviluppo della medicina e allungando l’aspettativa di vita umana. La loro implementazione di successo ha portato al rapido sviluppo della farmacia, fornendo sempre più farmaci contro molti agenti patogeni. Tuttavia, l’uso eccessivo di antibiotici ha portato alla comparsa di resistenze a questi composti, diventando una delle maggiori minacce per la salute a livello mondiale. Di conseguenza, la resistenza agli antibiotici è emersa più rapidamente del progresso degli antibiotici. La comparsa all’orizzonte di nuovi farmaci per combattere questi agenti patogeni è una scintilla di breve durata. Anche se sembriamo essere dalla parte dei perdenti, c’è ancora la possibilità di sconfiggere un nemico invisibile.

Questo problema è stato studiato dal team di scienziati dell’IPC PAS sotto la supervisione del Prof. Jan Paczesny, che ha proposto nuove nanoformulazioni da utilizzare contro agenti patogeni diffusi e impegnativi come i batteri ESKAPE (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa e Enterobacter spp.) e altri lieviti patogeni problematici come Candida auris o Cryptococcus neoformans. Questi microrganismi, trattati con antibiotici disponibili in commercio, sviluppano rapidamente resistenza agli antibiotici. I ricercatori hanno scelto ESKAPE come gruppo target poiché questi agenti patogeni causano malattie gravi, dalla sepsi al cancro. Come? È qui che inizia la storia.

A few months ago, Paczesny’s team decided to try combining silver nanoparticles, which are known for their antimicrobial and antifungal properties, and tea extracts rich in polyphenols additionally possessing antioxidant properties. The concept was built to enhance broad-spectrum efficacy against pathogens using green hybrid silver nanoparticles (AgNPs), which are significantly more effective than all ingredients and even more effective than certain antibiotics. Why are these hybrid particles so special? In their work, three well-known tea varieties: black tea (B-Tea), green tea (G-Tea) and Pu-erh tea (R-Tea) were used as a capping agent, which acts as a stabilizer to protect the synthesized particles from aggregation. In this way, the particles offer a high active surface area compared to other formulations. Additionally, such synthesis is eco-friendly for the use of natural ingredients during precipitation. The structures produced vary in shape and size from 34 to 65 nm, depending on the type of tea used during synthesis, and show different reactivity towards microorganisms.

Inizialmente, le nanoparticelle d'argento prodotte in presenza di estratti di tè (B-TeaNP, G-TeaNP e R-TeaNP) sono state utilizzate per trattare ceppi batterici Gram-negativi (E. coli) e Gram-positivi (E. faecium) per testare la effetto su ceppi con diverse morfologie dell'involucro cellulare. Hanno esaminato le interazioni tra le nanoparticelle prodotte e gli agenti patogeni per determinarne l'efficacia, confrontando i risultati con gli antibiotici disponibili in commercio. Gli agenti patogeni ESKAPE sono stati quindi testati secondo un protocollo per la concentrazione e la composizione delle particelle più efficaci, rivelando una diminuzione fino al 25% del numero di cellule batteriche in E. faecium e una diminuzione del 90% nel caso di E. cloacae . È interessante notare che le nanoparticelle di argento verde hanno mostrato anche attività antifungina, portando a una diminuzione dell’80% nel numero di cellule vitali di C. auris e a una diminuzione di circa il 90% per C. neoformans.

Il primo autore, Sada Raza, afferma: “Inoltre, la dimensione delle nanoparticelle è solitamente correlata all’effetto citotossico dei nanomateriali, mentre le particelle più piccole sono più citotossiche. Ciò dovrebbe favorire il controllo degli AgNP e degli R-TeaNP rispetto ai G-TeaNP e ai B-TeaNP nei nostri esperimenti. Questo non era il caso. Nella maggior parte degli esperimenti, C-AgNP e R-TeaNP hanno mostrato l’efficacia antimicrobica più bassa. Ciò è in linea con altri studi, che hanno dimostrato che le dimensioni non sono un fattore primario che influenza l’attività antimicrobica degli AgNP”.

Le proprietà antibatteriche e antifungine delle nanoparticelle d'argento prodotte con estratti di tè sono maggiori di quelle delle sole nanoparticelle d'argento a causa del loro alto contenuto di composti fenolici, isoflavonoidi (in particolare catechine come epigallocatechina (EGC) ed epigallocatechina gallato (EGCG)). Queste combinazioni, che utilizzano estratti di tè biologicamente attivi e quantità minori di nanoparticelle d’argento, sembrano essere un potenziale modo per combattere una serie di infezioni e persino sostituire gli antibiotici in alcune applicazioni.

“Abbiamo stabilito che le nanoparticelle d’argento sintetizzate con estratti di tè hanno proprietà antibatteriche più elevate rispetto alle sole nanoparticelle d’argento. Pertanto, potrebbero essere utilizzati dosaggi inferiori di TeaNP (0.1 mg mL−1). Abbiamo confermato che in alcuni casi, l'effetto sinergico degli estratti di tè e delle nanoparticelle d'argento ha consentito un'efficacia superiore a quella degli antibiotici (ampicillina) quando testati alle stesse concentrazioni (0.1 mg mL−1) e dopo un tempo di esposizione relativamente breve di tre ore .” – osserva Mateusz Wdowiak, coautore di questo lavoro.

I ricercatori hanno scoperto che le nanoparticelle ibride antimicrobiche hanno comportato una significativa riduzione dei batteri rispetto agli antibiotici o ai composti presi separatamente. Sebbene non tutti i batteri siano stati uccisi, si tratta di un miglioramento significativo che potrebbe aiutare il trattamento dei superbatteri utilizzando dosi molto più basse rispetto ad altri composti disponibili in commercio. La quantità di nanoparticelle d’argento ibride necessarie per sconfiggere batteri o infezioni fungine è estremamente bassa, il che le rende convenienti, quindi la chiave per usarle bene non è solo la funzionalità, ma anche il basso costo di applicazione.

È un approccio che può essere adattato anche per combattere altre infezioni batteriche difficili da trattare. Le nuove nanoparticelle sviluppate dai ricercatori dell’IPC PAS potrebbero avvicinarci ulteriormente all’eliminazione efficace dei superbatteri mortali resistenti ai farmaci, fornendo un’alternativa agli antibiotici contro i batteri Gram-negativi e Gram-positivi. Questo studio mostra anche quanto lavoro c’è ancora da fare in questo campo. I composti utilizzati separatamente erano molto meno efficaci dell’ibrido verde.

In futuro, l'obiettivo principale dei ricercatori è utilizzare le nanoparticelle nella vita di tutti i giorni, a partire dalle applicazioni agricole, sostituendo i composti dannosi utilizzati nei campi per sconfiggere le infestazioni nelle piante e avvicinarci all'agricoltura biologica. Su scala più ampia, il materiale proposto potrebbe essere utilizzato anche in applicazioni biomediche, come additivo per medicazioni per ferite per la protezione contro batteri Gram-negativi e Gram-positivi. Sperano di utilizzare la nanotecnologia per sviluppare trattamenti più mirati per i superbatteri resistenti ai farmaci.

Il loro lavoro è stato pubblicato sulla rivista Nanoscale Advances ed è stato finanziato dal National Science Centre, Polonia, nell’ambito della sovvenzione SONATA BIS numero 2017/26/E/ST4/00041 e dalla Fondazione per la scienza polacca dal Fondo europeo di sviluppo regionale nell’ambito del progetto POIR. 04.04.00-00-14D6/18-00 'Piattaforme di sensori ibridi per sistemi fotonici integrati basati su materiali ceramici e polimerici (HYPHa)' (programma TEAM-NET).

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Contatti:
Contatto per i media

Marcin Bernatek
Istituto di Chimica Fisica dell'Accademia Polacca delle Scienze
Ufficio: 22 343 2000
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Prof. Jan Paczesny
Istituto di Chimica Fisica dell'Accademia Polacca delle Scienze
Ufficio: + 48 22 343 2071

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