L'efficacia delle nanoparticelle d'argento biosintetizzate contro gli isolati di Pseudomonas aeruginosa da pazienti con fibrosi cistica

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8876 (2023) Citare questo articolo

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L’elevata resistenza agli antibiotici di Pseudomonas aeruginosa (PA) rende fondamentale lo sviluppo di agenti antimicrobici alternativi che siano efficaci e convenienti. Una delle tante applicazioni delle nanoparticelle d’argento (NP Ag) è il loro utilizzo come agente antimicrobico contro i batteri resistenti ai comuni antibiotici. Lo scopo principale di questa ricerca era valutare l'efficacia antibatterica e antibiofilm delle NP Ag biosintetizzate contro sei ceppi di PA clinicamente isolati che formano biofilm e un ceppo di riferimento (ATCC 27853). Le NP Ag sono state biosintetizzate utilizzando un estratto di semi di Peganum Harmala come agente riducente. Le NP Ag sono state caratterizzate mediante spettroscopia ultravioletto-visibile (UV-Vis) e microscopia elettronica a trasmissione a scansione (STEM). L'effetto delle NP Ag sulla formazione e sull'eradicazione del biofilm è stato esaminato attraverso test su piastra di microtitolazione e sono state determinate le concentrazioni minime inibitorie (MIC) e battericide minime (MBC). Inoltre, sono state eseguite reazioni a catena della polimerasi in tempo reale (RT-PCR) per esaminare gli effetti delle NP Ag sull'espressione di sette geni codificanti il ​​biofilm PA (LasR, LasI, LssB, rhIR, rhII, pqsA e pqsR). Le NP Ag biosintetizzate avevano una forma sferica con un diametro medio di 11 nm. La MIC per ciascun ceppo PA era di 15,6 µg/ml, mentre l'MBC era di 31,25 µg/ml. Tutti i ceppi PA esposti alle NP Ag a concentrazioni sub-inibitorie (0,22–7,5 µg/ml) hanno mostrato effetti inibitori significativi sulla crescita e sulla formazione di biofilm. Il metabolismo della biomassa e del biofilm era ridotto in base alla concentrazione di Ag NP. L'espressione dei geni sensibili al quorum di tutti i ceppi era significativamente ridotta ad una concentrazione di Ag NP di 7,5 µg/ml. I risultati dimostrano le ampie prestazioni antibatteriche e antibiofilm in vitro delle NP Ag e il loro potenziale nel trattamento dell’infezione da PA. Si raccomanda che studi futuri esaminino la possibile sinergia tra NP Ag e antibiotici.

Pseudomonas aeruginosa (PA) è un patogeno nosocomiale comune che può causare la morte in soggetti affetti da immunosoppressione, tumori maligni, ustioni, ferite traumatiche e fibrosi cistica1. Il PA può formare un biofilm su varie superfici abiotiche, inclusi impianti artificiali, cateteri urinari, tubi endotracheali e lenti a contatto2. Le sostanze polimeriche extracellulari (EPS) formano le strutture a matrice dei biofilm che circondano le comunità batteriche3. I biofilm rappresentano una preoccupazione significativa poiché possono resistere al sistema immunitario dell’ospite e a molti antimicrobici3. I peptidi antimicrobici vengono respinti elettrostaticamente o scomposti dalla matrice del biofilm, proteggendo le cellule all'interno dalla fagocitosi e dalla risposta immunitaria dell'ospite4,5. Un sistema di comunicazione cellula-cellula chiamato quorum sensing (QS) regola diversi processi nella PA, inclusa la produzione di biofilm6.

Le cellule bersaglio di molti antimicrobici sono profondamente radicate nella matrice del biofilm, rendendone estremamente difficile il trattamento7. La resistenza agli antibiotici è oggi una delle principali preoccupazioni sanitarie globali8 e la necessità di trattamenti non antibiotici per le malattie microbiche resistenti ai farmaci è aumentata in modo significativo. Le nanoparticelle offrono un approccio alternativo, facile da sintetizzare, al trattamento delle infezioni da PA poiché le loro dimensioni ridotte e l'elevato rapporto superficie-volume le rendono efficaci contro i biofilm9.

Tra molte nanoparticelle comunemente prodotte, le NP Ag si distinguono per la straordinaria capacità di combattere gli isolati batterici patogeni multiresistenti ai farmaci10. È ampiamente riconosciuto che le NP Ag hanno attività antibatterica e antibiofilm sia sui batteri patogeni non resistenti che su quelli resistenti10,11,12. Le NP Ag esercitano la loro attività antibiofilm riconoscendo la struttura peptidoglicana delle membrane batteriche e legandosi alla matrice esopolisaccaridica. La struttura del biofilm viene quindi gravemente danneggiata o distrutta dallo stress ossidativo e dal danno al DNA prodotto dalla produzione di ROS e dal rilascio di ioni13,14,15. Le NP Ag hanno anche un potenziale significativo per l'uso in ambito medico e non medico grazie alla loro ampia gamma di dimensioni, alla capacità di autoassemblarsi e all'elevata attività antibatterica16.