prof.dr hab. Krystyna Cybulska

prof. dr hab. Andrzej Nowej

Zakład Chemii, Mikrobiologii i Biotechnologii Środowiska, Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego

Zastosowanie preparatów z nanocząstkami srebra do dezynfekcji

Krystyna Cybulska, Andrzej Nowak

Od czasu odkrycia penicyliny przez Alexandra Fleminga w roku 1928 a następnie wyizolowania jej i zastosowania w medycynie przez Howarda Floreya, Ernesta Chaina i Normę Heatley podczas II Wojny Światowej (Gaynes 2017) antybiotyki stały się najwspanialszym narzędziem do zwalczania szkodliwych mikroorganizmów. Dzisiaj stosuje się je na wielką skalę w medycynie, ale także hodowli zwierząt i wszędzie tam, gdzie trzeba ograniczyć rozwój drobnoustrojów. Średnie zużycie antybiotyków w Unii Europejskiej w roku 2015 według danych Europejskiej Sieci Monitorowania Zużycia Antybiotyków (European Surveillance od Antimicrobial Consumption Network) w lecznictwie otwartym wyniosło 22,4 DDD (dawka dobowa definiowana) albo 3,13 opakowania na 1000 mieszkańców na dzień i ma tendencję wzrostową. W lecznictwie zamkniętym zużyte zostało 2,0 DDD.

Jednak masowe stosowanie antybiotyków powoduje poważne problemy. Oprócz występujących podczas kuracji negatywnych efektów ubocznych najgroźniejsze jest lawinowe narastanie ilości szczepów opornych (Zhang et al. 2006). Sprzyja temu stosowane obecnie wielomiesięcznych a nawet rocznych kuracji antybiotykami oraz wysokich, uderzeniowych dawek. Coraz częściej pojawiają się szczepy oporne na wszystkie znane antybiotyki, co stwarza ogromne zagrożenie. Dlatego też ważne stało się poszukiwanie alternatywnych metod, którymi można byłoby zastąpić antybiotyki (Mahendra et al. 2009). Poszukiwania prowadzono wykorzystując nanocząstki miedzi, cynku, tytanu (Rethkiman-Schabes et al. 2006, He et al. 2011) magnezu, złota (Gu et al. 2003), alginat (Ahmad et al. 2005) i inne substancje. Jednak jedną z najbardziej obiecujących możliwości jest użycie w tym celu preparatów zawierających nanocząstki srebra, które okazało się efektywne w zwalczaniu bakterii, wirusów i mikroorganizmów eukariotycznych (Chmiel et Szczerba 2017, Gong et al. 2007, Mahendra et al. 2009).

Nanocząstki srebra znajdują już obecnie liczne zastosowania do zwalczania bakterii i grzybów w medycynie (Guzman et al., 2012, Saraniya Devi et Bhimba 2012, Ahmad et al. 2017), jako preparaty do dezynfekcji, w przemyśle opakowań produktów spożywczych czy tekstylnym (Chmiel et Szczerba 2017, Nguyen Hoai Chau, 2008, Banach et al. 2016)

Działanie bakteriobójcze nanocząstek srebra jest bardzo szerokie, obejmuje ponad 650 bakterii i innych mikroorganizmów. Polega ono na hamowaniu enzymów w komórkach, zakłócaniu transportu przez błony komórkowe oraz reakcjach z DNA. Ze względu na tak szerokie spektrum działania nie zachodzi zjawisko wytwarzania oporności i nie zaobserwowano dotychczas pojawiania się szczepów opornych (Mahendre et al. 2009, Nguyen Hoai Chau, 2008). W odróżnieniu od antybiotyków nanocząstki srebra wykazują działanie na biofilmy bakteryjne. Dalszą zaletą jest fakt, że nie zostało stwierdzone toksyczne działanie nanosrebra na organizm ludzi w dawkach stosowanych do dezynfekcji czy w medycynie (Mahendra et al. 2009).

Intensywność biologicznego działania cząstek nanosrebra zależy w znacznym stopniu od ich wielkości a także kształtu (Guzman et al., 2012, Saraniya Devi et Bhimba 2012). Najsilniej działają cząstki o mniejszych rozmiarach oraz o kształcie płaskim. Dlatego właśnie obserwuje się duże różnice w aktywności poszczególnych preparatów zawierających nanosrebro, wynikające ze sposobu wytworzenia nanocząstek.

Wysoką skuteczność preparatów do dezynfekcji w obniżaniu liczebności Escherichia coli zawierających dawkę od 10 do 50 ppm nanosrebra stwierdzili Nguyen Hoai Chau (2008). Kyung-Hwan Cho et al. (2005) stwierdzili skuteczność na tą bakterię dawki nanosrebra od 5 do 10 ppm. Podobne wyniki relacjonują Saraniya Devi et Bhimba (2012). Banach i Tymczyna (2016) stwierdzili skuteczność dezynfekcji w odniesieniu do bakterii porównywalną do działania UV, a w przypadku grzybów nawet 40% większą. Według Troitzsch et al. (2009) pokrycie powierzchni nanosrebrem powodowało znaczne zmniejszenie liczebności Enterococcus faecium. Guzman et al. (2012) obserwowali wysoką skuteczność bakteriobójczą nanosrebra w dawce 7 ppm w stosunku do lekoodpornych szczepów Staphylococcus aureus, Escherichia coli, i Pseudomonas aeruginosa. Chmiel i Szczerba (2017) stwierdziły największą przydatność preparatu z nanosrebrem do dezynfekcji i jego skuteczność na bakterie Escherichia coli i Pseudomons aeruginosa. Badania Chmiel i Szczerba (2017) oraz własne wskazują na silne działanie preparatu Silveco zarówno na bakterie, jak też grzyby, w tym drożdże (Ryc. 1., Ryc. 2.). Wykazuje się on także, w porównaniu z innymi preparatami stosowanymi do dezynfekcji, najlepszą skuteczność oraz trwałość działania.

Szerokie spektrum działania, możliwość stosowania niskich dawek jak i brak toksyczności dla ludzi sprawiają, że preparaty zawierające nanocząstki srebra okazują się dobrą alternatywą zarówno dla antybiotyków, jak i różnego typu preparatów dezynfekcyjnych.

Literatura

Ahmad Z. Pandey R. Sharma S. Khuller G. K., Alginate nanoparticles as antituberculosis drug carriers: formulation development, pharmacokinetics and therapeutic potential. Ind J. Chest Dis Allied Sci 2005, 48:171–6.

Banach M. Tymczyna L. Chmielowiec-Korzeniowska A. Pulit-Prociak J. Nanosilver Biocidal Properties and Their Application in Disinfection of Hatchers in Poultry Processing Plants, Bioinorganic Chemistry and Applications, 2016, Article ID 5214783, 1-15.

Chmiel M. J. Szczerba A., Analiza porównawcza właściwości przeciwbakteryjnych preparatów stosowanych do dezynfekcji w pomieszczeniach inwentarskich, Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. 2017, T. 17. Z. 2 (58), 37-49.

Gaynes R., The Discovery of Penicillin-New Insights After More Than 75 Years of Clinical Use. Another Dimension, 2017, 23(5): 849-853, DOI: 10.3201/eid2305.161556.

Gu H, Ho PL, Tong E,Wang L, Xu B. Presenting vancomycin on nanoparticles to enhance antimicrobial activities. Nano Lett 2003;3(9), 1261–3.

Guzman M. Dille J. Godet S., Synthesis and antibacterial activity of silver nanoparticles against gram-positive and gram-negative bacteria, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine, 2012, 8, 37–45

Kyung-Hwan Cho, Jong-Eun Park, Tetsuya Osaka, Soo-Gil Park,The study of antimicrobial activity and preservative effects of nanosilver ingredient, Electrochimica Acta, 2005, 51, 956–960.

Lili He, Yang Liu, Azlin Mustapha, Mengshi Lin, Antifungal activity of zinc oxide nanoparticles against Botrytis cinerea and Penicillium expansum, Microbiological Research, 2011, 166, 201/215.

Mahendra R. Alka Yadav, Aniket Gade. Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials, Biotechnology Advances, 2009, 27, 76–83.

Nguyen Hoai Chau, Le Anh Bang, Ngo Quoc Buu, Tran Thi Ngoc Dung, Huynh Thi Ha, Dang, Viet Quang, Dang. Some results in manufacturing of nanosilver and investigation of its application for disinfection. Advance in Natural Science. 2008, 9. 241-248.

Retchkiman-Schabes P. S, Canizal G. Becerra-Herrera R. Zorrilla C. Liu H. B. Ascencio J. A., Biosynthesis and characterization of Ti/Ni bimetallic nanoparticles. Opt. Mater. 2006, 29, 95–9.

Saraniya Devi J. Bhimba B. V., Silver nanoparticles: Antibacterial activity against wound isolates & invitro cytotoxic activity on Human Caucasian colon adenocarcinoma, Asian Pacific Journal of Tropical Disease, 2012, 87-S93.

Troitzsch D. Borutzky U. Junghannß U. Detection of antimicrobial efficacy in silver-coated medical devices, Hyg Med 2009, 34 [3], 80-84.

Zhang R., Eggleston K., Rotimi V., Zeckhauser R.J.  Antibiotic resistance as a globar threat: Evidence from China, Kuwait and the United States. 2006, Globalization and Heath. 2:6.