Investigation of Antibacterial Activity of Magnetite, Magnetite/Zinc Oxide and Magnetite/Zinc Oxide/Chitosan on Some Bacteria Inducing Infection in Skin Wounds
Subject Areas : Experimental physiology and pathology
1 - department of microbiology,biology research center ,zanjan branch, islamic azad university
Keywords: Infectious bacteria, zinc oxide, magnetite, Escherichia coli and Staphylococcus aureus,
Abstract :
Background & Aim: Some bacteria cause infection in wound site that is a major challenge for healthiness and bacteria may be resistant to antibiotics. The current study was conducted to investigate antibacterial activity of magnetite, magnetite/zinc oxide and magnetite/zinc oxide/chitosan nanocomposites on some bacteria inducing infection in skin wounds.
Materials & Methods: In this study, magnetite, magnetite/zinc oxide and magnetite/zinc oxide/chitosan nanocomposites were prepared by help of Salvia officinalis extract and their effects were investigated via minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) on Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and also Candida albicans fungus. Killing time curve was also investigated.
Results: The results for MIC and MBC tests showed that magnetite/zinc oxide and magnetite/zinc oxide/chitosan nanocomposites showed significant effects on Escherichia coli and Staphylococcus aureus compared with magnetite nanocomposite but they did not show any significant effects on Candida albicans fungus. The results also showed that nanocomposites showed their effects in longer times compared with antibiotics.
Conclusion: In sum, magnetite/zinc oxide and magnetite/zinc oxide/chitosan nanocomposites showed significant effects on Gram-positive and Gram-negative bacteria but in longer times.
1. Abdulgader NE, Galil RK, Elnour SY, Elhusain TF, Osman TM, Elawad MN, Mirghani IM, Abdalrahman IB, Elbager SG. Irrational use of antibiotics with representation of antimicrobial resistance patterns in Sudan: a narrative review. EuroBiotech J 2021;5(1):43-7.
2. Pfalzgraff A, Brandenburg K, Weindl G. Antimicrobial peptides and their therapeutic potential for bacterial skin infections and wounds. Front Pharmacol 2018; 9:281-293.
3. Nigussie D, Davey G, Legesse BA, Fekadu A, Makonnen E. Antibacterial activity of methanol extracts of the leaves of three medicinal plants against selected bacteria isolated from wounds of lymphoedema patients. BMC Complem Med Therap 2021; 21(1):1-10.
4. Dahm H. Silver nanoparticles in wound infections: present status and future prospects. InNanotechnology in skin, soft tissue, and bone infections 2020 (pp. 151-168). Springer, Cham.
5. Zhu G, Sun Z, Hui P, Chen W, Jiang X. Composite film with antibacterial gold nanoparti cles and silk fibroin for treating multidrug-resistant E. coli-infected wounds. ACS Biomater Sci Engin 2020; 7(5):1827-35.
6. García-Villén F, Faccendini A, Aguzzi C, Cerezo P, Bonferoni MC, Rossi S, Grisoli P, Ruggeri M, Ferrari F, Sandri G, Viseras C. Montmorillonite-norfloxacin nanocomposite intended for healing of infected wounds. Imt J Nanomed 2019; 14:5051-5060.
7. Bramhill J, Ross S, Ross G. Bioactive nanocomposites for tissue repair and regeneration: a review. Int J Environ Res Public Health 2017; 14:1–21.
8. Naumenko EA, Guryanov ID, Yendluri R, Lvov YM, Fakhrullin RF. Clay nanotube-biopolymer composite scaffolds for tissue engineering. Nanoscale 2016; 8:7257–7271.
9. McNamara K, Tofail SA. Nanosystems: the use of nanoalloys, metallic, bimetallic, and magnetic nanoparticles in biomedical applications. Physic Chemi Chemic Physics 2015;17(42):27981-95.
10. Maruthupandy M, Rajivgandhi G, Muneeswaran T, Anand M, Quero F. Highly efficient antibacterial activity of graphene/chitosan/magnetite nanocomposites against ESBL-producing Pseudomonas aeruginosa and Klebsiella pneumoniae. Coll Surfaces B: Biointerface 2021:111690.
11. Abebe B, Zereffa EA, Tadesse A, Murthy HA. A review on enhancing the antibacterial activity of ZnO: Mechanisms and microscopic investigation. Nanoscale Res Lett 2020;15(1):1-9.
12. Espitia PJP, Soares N de FF, Coimbra JS dos R. Zinc oxide nanoparticles: synthesis, antimicrobial activity and food packaging applications. Food Bioprocess Technol 2012; 5:1447–1464.
13. Chandrasekaran M, Kim KD, Chun SC. Antibacterial activity of chitosan nanoparticles: A review. Process 2020; 8(9):1173.
14. Raafat D, Von Bargen K, Haas A, Sahl HG. Insights into the mode of action of chitosan as an antibacterial compound. Appl Environ Microbiol 2008; 74(12):3764-73.
15. Daghian SG, Farahpour MR, Jafarirad S. Biological fabrication and electrostatic attractions of new layered silver/talc nanocomposite using Lawsonia inermis L. and its chitosan-capped inorganic/organic hybrid: Investigation on acceleration of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa infected wound healing. Mater Sci Engin: C 2021;128:112294.
16. Mahmoudabadi S, Farahpour MR, Jafarirad S. Effectiveness of green synthesis of silver/kaolinite nanocomposite using Quercus infectoria galls aqueous extract and its chitosan-capped derivative on the healing of infected wound. IEEE Trans NanoBiosci 2021;20(4):530-42.
17. Bettaieb I, Zakhama N, Wannes WA, Kchouk ME, Marzouk B. Water deficit effects on Salvia officinalis fatty acids and essential oils composition. Scientia Horticulturae 2009;120(2):271-5.
18. Francik S, Francik R, Sadowska U, Bystrowska B, Zawiślak A, Knapczyk A, Nzeyimana A. Identification of phenolic compounds and determination of antioxidant activity in extracts and infusions of salvia leaves. Mater 2020;13(24):5811.
19. Ehsani P, Farahpour MR, Mohammadi M, Mahmazi S, Jafarirad S. Green fabrication of ZnO/magnetite-based nanocomposite-using Salvia officinalis extract with antibacterial properties enhanced infected full-thickness wound. Coll Surface A: Physicochem Engin Aspect 2021;628:127362.
20. Gharehpapagh AC, Farahpour MR, Jafarirad S. The biological synthesis of gold/perlite nanocomposite using Urtica dioica extract and its chitosan-capped derivative for healing wounds infected with methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Int J Biol Macromol 2021; 183:447-56.
21. Shariatzadeh Bami S, Khavari-Nejad RA, Ahadi AM, Rezayatmand Z. Evaluation of foliar application of TiO2 nanoparticles and NaCl salinity on physiological traits of wormwood. Plant Physiol Repor 2021; 26(3):466-77.
22. Sadeghi Seyed A., Asareh M., Tavakoli M. Oak gall wasps. Res Inst Forest Rangelands 2009; 1: 1-197.
23. Parvekar P, Palaskar J, Metgud S, et al. The minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) of silver nanoparticles agains Staphylococcus aureus. Biomater Investig Dentis 2020; 7: 105-9.
24. Tang H, Zhang P, Kieft TL, Ryan SJ, Baker SM, Wiesmann WP, Rogelj S. Antibacterial action of a novel functionalized chitosan-arginine against Gram-negative bacteria. Acta Biomaterialia 2010; 6:2562-71.
25. Hameed ASH, Karthikeyan C, Ahamed AP, Thajuddin N, N. S Alharbi NS. In vitro antibacterial activity of ZnO and Nd doped ZnO nanoparticles against ESBL producing Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae. Sci Report 2016; 6:1-11.
26. Zhang L, Ding Y, Povey M, York D. ZnO nanofluids–A potential antibacterial agent. Prog Natural Sci 2008; 18: 939-944.
27. Tang H, Zhang P, Kieft TL. Antibacterial action of a novel functionalized chitosan-arginine against Gram-negative bacteria. Acta Biomaterial 2010; 6(7):2562–2571.
28. El-Khawaga AM, Farrag AA, Elsayed MA, El-Sayyad GS, El-Batal AI. Antimicrobial and photocatalytic degradation activities of chitosan-coated magnetite nanocomposite. J Cluster Sci 2021;32(5):1107-19.
29. Abbas HS, Akilandeswari K, Muddukrishnaiah K. The antifungal and antiovarian cancer properties of α-Fe2O3 and α-Fe2O3/Zno nanostructures synthesized by Spirulina platensis. IET Nanobiotechnol 2020; 1: 10-20.
پرندیس احسانی1، محمد رضا فرهپور2، مجتبی محمدی3، ساناز مهمازی4، سعید جعفری راد5
1-دانشجوی دکتری تخصصی، گروه میکروبیولوژی، واحد زنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، زنجان، ایران.
2- دانشیار، گروه علوم درمانگاهی، دانشکده دامپزشکی، واحد ارومیه، دانشگاه آزاد اسلامی، ارومیه، ایران. نویسنده مسئول: mrf78s@gmail.com
3- استادیار، گروه میکروبیولوژی، واحد زنجان، دانشگاه آزاد اسلامی، زنجان، ایران.
4- استادیار، گروه زیست شناسی، واحد زنجان، دانشگاه ازاد اسلامی، زنجان، ایران.
5- دانشیار، مرکز تحقیقات علوم پایه، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران.
تاریخ دریافت: 22/02/1403 تاریخ پذیرش: 23/06/1403
چکیده
زمینه و هدف: برخی باکتریها باعث ایجاد عفونت در ناحیهی زخم میشوند که چالش بزرگی برای سلامتی است و ممکن است باکتریها مقاوم به آنتیبیوتیک باشند. بنابراین، این باکتریها باید توسط ساختارهای ایمن و ارزان از بین بروند. این مطالعه باهدف بررسی فعالیت آنتیباکتریایی نانوکامپوزیتهای مگنتیت/اکسید روی و مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان بر روی برخی از باکتریهای ایجاد کنندهی عفونت در زخمهای پوستی انجام شد.
مواد و روشها: در این مطالعه نانوکامپوزیتهای مگنتیت، مگنتیت/اکسید روی و مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان با کمک عصاره مریم گلی تهیه شد و اثراتشان از طریق روشهای حداقل غلظت مهاری (MIC) و حداقل غلظت کشندگی (MBC) بر روی باکتریهای اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس و همین طور قارچ کاندیدا آلبیکنس بررسی شد. همچنین منحنی زمان مرگ نیز بررسی شد.
نتایج: نتایج این مطالعه در تستهای MIC و MBC نشان داد که نانوکامپوزیتهای مگنتیت/اکسید روی و مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان اثرات قابل توجهی روی باکتریهای اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس در مقایسه با گروه مگنتیت داشتند ولی اثر معنیداری روی قارچ کاندیدا آلبیکنس نداشتند. نتایج این مطالعه نشان داد که نانوکامپوزیتها در زمانی طولانیتری در مقایسه با آنتیبیوتیکها اثرات خود را نشان میدهند.
نتیجهگیری: در مجموع، نانوکامپوزیتهای مگنتیت/اکسید روی و مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان روی باکتریها گرم مثبت و گرم منفی اثرات مطلوبی داشتند و این اثرات را در زمانی طولانیتر نشان دادند.
کلمات کلیدی: باکتریهای عفونتزا؛ اکسید روی؛ مگنتیت؛ اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس.
مقدمه
عفونتهای زخم معمولا توسط باکتریهای بیمارستانی و یا محیط اطراف ایجاد میشود (1). میکروارگانیسمها، بافت نرم را زمانی عفونی میکنند که راهی برای ورود آنها وجود داشته باشد. میکروارگانیسمهای شناخته شدهای که باعث ایجا عفونت میشوند شامل گونههای استرپتوکوکوس، استافیلوکوکوس، سودوموناس و باکتروئیدها هستند (2). عفونتهای قارچی همچنین معمول هستند که ناشی از رطوبت ایجاد شده بین لایههای پوست است که به نوبهی خود باعث ایجاد عفونت در نواحی پوستی میشود (3). این عوامل بیماریزا عمدتاً شامل استرپتوکوکوس پیوژنز، استافیلوکوکوس اورئوس در بین باکتریهای گرم مثبت، سودموناس آئروژینا و اشریشیا کلی و قارچ کاندیدا آلبیکنس است (4). مهمترین چالش برای درمان زخمهای عفونی، مقاومت آنتیباکتریایی این باکتریها است (5) که باید با استفاده از ساختارها و داروهای جدید، این چالش را تا حد ممکن کاهش داد.
استفاده از مواد برپایهی نانوذرات بنظر میرسد که گزینهی مناسبی برای کاهش عفونتهای باکتریایی در زخمهای عفونی است. نانو مواد با باکتریها و میکروارگانیسمها تعاملات چندجانبهای همانند جذب الکترواستاتیکی، آب گریزی و واندروالس ایجاد میکنند. این خصوصیات و تعاملات فیزیکی-شیمیایی نانومواد اجازه میدهد که این مواد با میکروارگانیسمها تعامل کنند و این اجازه را به آنها میدهد که گزینههای مناسبی برای مبارزه علیه عفونتهای مقاوم به چند دارو باشند (6). مطالعات بر روی کانیهای معدنی و داروها بر پایهی این مواد بعنوان راههایی برای کاهش عفونت باکتریایی در زخمها تلاش نمودهاند. ویژگیهای مختلف کانیهای معدنی در زمینههای ساختار قادر به تسهیل فعالیت آنتیباکتریایی موادی هستند که در داخل آنها قرار میگیرند که این ویژگیها عمدتاً شامل کاهش فعالیت آب و کمک در شکلگیری بافت جدید و چسبندگی سلولی است (8، 7). یکی از کانیها که میتواند به عنوان بستری برای حمل نانوذرات دارای خواص ضدباکتریایی، برای التیام دادن زخمهای عفونی مورد استفاده قرار گیرد، مگنتیت است. این کانی دارای ویژگیهای الکتریکی قابل توجهی است و دارای این توانایی است (9). از سوی دیگر، مطالعات نشان دادهاند که مگنتیت از طریق اتصال یافتن با سطح خارجی غشای باکتریها، واکنشها و تعاملات مختلفی ایجاد میکند و از این طریق خاصیت آنتیباکتریایی خود را نشان میدهد (10). این کانیها میتوانند بستری برای دیگر نانوذرات دارای خاصیت آنتیباکتریایی باشند. یکی از نانوذرات دارای خاصیت آنتیباکتریایی، نانوذرات اکسید روی است. نانوذرات اکسید روی از طریق رهاسازی یونهای آنتی میکروبی، تعامل نانوذرات با با میکروارگانیسمها و تشکیل گونههای واکنشگر اکسیژن اثرات آنتی باکتریایی خود را نشان میدهند (11). رهاسازی یونهای آنتی میکروبی بستگی به عواملی همانند غلظت اکسیدهای فلزی، زمان تعامل و ماهیت میکروارگانیسمها دارد (12). از جمله مواد دیگری که دارای ساختار آنتیباکتریایی است، کیتوزان است. کیتوزان، یک پلی ساکارید خطی است که از کیتین و از طریق مینرال زدایی و پروتون زدایی بدست میآید و دارای ویژگیهای زیادی همانند قابلیت تجزیه پذیری، سمیت پایین و فعالیت آنتی میکروبی است (13). کیتوزان، فعالیت آنتیباکتریایی خود را از طریق اعمال تغییراتی روی سطح سلول باکتریایی آغاز میکند که باعث افزایش نفوذپذیری به داخل غشاء میشود و تعادل اسمزی را برهم میزند که نتیجه این کار مرگ سلول باکتریایی است (14). در مجموع این ساختارها ممکن است دارای اثرات هم افزایی باشند و بتوانند با هم فعالیت آنتیباکتریایی مناسبی را نشان دهند. با اینحال برای سنتز و قرار دادن این مواد در کنار هم نیاز به ترکیبات ثانویه گیاهی موجود در عصارهها میباشد (16، 15).
در این مطالعه برای سنتز این نانوکامپوزیت از عصاره مریم گلی استفاده شد. گیاه مریم گلی ( Salvia officinalis L) متعلق به خانواده Lamiaceae گیاهی دارویی چند ساله و علفی است. این گیاه دارای خصوصیات درمانی زیادی است و برای درمان زخمهای عفونی مورد استفاده قرار میگیرد (19-17). این گیاه حاوی فنولهای محلول در آب است که دارای خصوصیات درمانی زیادی هستند (19، 18).
در این مطالعه فرض شد که نانوکامپوزیت تهیه شده از مگنتیت، اکسید روی و کیتوزان میتوانند دارای اثرات هم افزایی برای خاصیت آنتی باکتریایی علیه باکتریهای عفونی کنندهی زخمهای پوستی باشند. بنابراین، این مطالعه با هدف بررسی فعالیت آنتیباکتریایی نانوکامپوزیتهای مگنتیت/اکسید روی و مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان بر روی برخی از باکتریهای ایجاد کنندهی عفونت در زخمهای پوستی انجام شد.
مواد و روشها
تمام مواد شیمیایی استفاده شده در مطالعه حاضر با خلوص بالا تهیه شدند. روی کلرید بدون خالصسازیهای بعدی از از شرکت مرک آلمان تهیه شد. پودر مگنتیت فاقد عناصر خطرناک و سمی از شرکت توانگران سهند تبریز تهیه شد. برگ تازه گیاه مریم گلی نیز از بازار محلی تهیه شد، خشک شد و سپس خرد شد. کیتوزان با وزن Da 190000 تا 310000 از شرکت سیگما تهیه شد.
تهیه سویه باکتریایی
در تحقیق حاضر از سویههای باکتریایی اشریشیا کلی (ATCC 13706) و استافیلوکوکوس اورئوس (ATCC 25923) و همین طور قارچ کاندیدا آلبیکنس ( ATCC 10231) استفاده شد. سویههای مورد مطالعه از مرکز کلکسیون باکتری و قارچ ایران وابسته به سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران تحت نظارت وزارت علوم تهیه گردید. برای تهیه سویههای باکتریایی، ابتدا بخش خارجی ویال سوشهای لیوفیلیزهی باکتریهای تهیه شده به طور کامل با پنبه الکل، ضد عفونی شده و سپس بخش میانی پنبهی داخل ویال در داخل هود با تیغ برش داده شدند. در ادامه، مقدار نیم میلیلیتر از محیط کشت مغذی از قبل آماده شده توسط سرنگ استریل به داخل ویال تزریق شد و اجازه داده شد تا جرم لیوفیلیزه شده در آن حل گردد. محلول حاصل به محیط حاوی BHIB) محیط کشت مغذی عمومی آگار دار) انتقال یافت و در دمای°C 37 و به مدتh 24 الیh 48 انکوبه شد تا باکتریها به طور کامل رشد کنند. برای احیای کامل باکتریها و مهیا شدن شرایط رشد آنها، چندین بار تجدید کشت (ساب کالچر) انجام شد (به علاوه یک کشت ذخیره نیز از کشت مادر تهیه گردید). برای استفاده از این محیط کشتها در مراحل بعدی از آخرین کشت h 24 ، سوسپانسیونی به کدورت نیم مک فارلند تهیه شد (19). برای انجام هر آزمون جهت بررسی اثرات ضد باکتریایی و ضد قارچی، کشت تازهh 24 تهیه گردید (20).
تهیه عصاره گیاهی
برای تهیه عصارهی گیاهی مریم گلی، برگهای این گیاه ابتدا جمعاوری شد و برای تهیه عصارهی گیاه، به مرکز دانشکده علوم پایه دانشگاه ارومیه منتقل شد. برای استریلیزاسیون، قسمتهای هوایی این گیاه برای 1min با اتانول 70 % و به مدت min 15 به وسیله محلول هیپوکلریت سدیم 20 % تیمار شدند و سپس با کمک آب دیونیزه شستوشو داده شدند. این برگها برای مدت هفت روز در دمای اتاق فاقد نور خشک شدند. بدنبال خشک کردن برگهای گیاه و قبل از گرفتن عصاره، بخشهای خشک شده گیاه با استفاده آسیاب و با سرعت r/min 2500 به طور جداگانه کوبیده شدند و به شکل پودر درآمدند. برای استخراج کردن متابولیتهای مهم، مقدار ده گرم از پودر خشک گیاه مورد مطالعه با رعایت شرایط استریل و با استفاده از ترازوی دیجیتال (مدل AND GF-300 ساخت کشور ژاپن ) وزن شد و به داخل یک بشر استریلL 0.5 حاوی ml 100 آب مقطر، اضافه شد. در ادامه، مخلوط مورد نظر به مدت دو شبانه روز با استفاده از دستگاه اوربیتال شیکر (مدلOS4LD، ساخت شرکت فن آوران سهند) باr/min 58 و در شرایط تاریکی، هم زده شد. در ادامه به منظور تکمیل مرحله غنی سازی، مخلوط مورد نظر به مدت زمان min 20در داخل حمام اولتراسونیک با فرکانسkHz 37 ، قدرتw 280 و قطر داخلیcm 50 ×106×198 در دمای °C 30 تحت فشار، قرار داده شده با استفاده از تکنیک ریز موج به مدت زمان min7 تحت مایکرویو تابشی با w 540 قرار گرفت و در نهایت توسط کاغذ صافی، صاف گردید. در پایان، با کمک سانتریفیوژ یخچال دار برای min7 در دمای °C 4 و r/min 2500، عمل سانتریفیوژ انجام شد. عصاره آبی بدست آمده بعد از عمل سانتریفیوژ با کمک فیلتر میکروبیμ 45/0استریل شده، فیلتر شد (21، 19).
تهیه محلول کیتوزان
برای تهیه محلول کیتوزان، یک گرم کیتوزان درml 200 از محلول اسید استیک w/w 1% حل شد، pHمحلول روی 5 تنظیم شد، سپس محلول حاصله برایh 1 به شیکرمنتقل شد، تا محتویات محلول مخلوط مورد نظر به خوبی مخلوط گردد. سپس کیتوزان حل شده در محلول اسید استیک از طریق کاغذ صافی واتمن شماره 3 صاف گردید تا از هرگونه ناخالصی عاری گردد (22، 19).
سنتز نانوکامپوزیت مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان
برای سنتز نانوکامپوزیت مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان،g 25/0 روی کلراید باg 75/0 پودر مگنتیت درml 80 عصاره مخلوط شدند. مخلوط بدست آمده برایh 6 در دمای°C 70 همزده شد (20، 19). فاز جامد تشکیل شده، جدا شد، شسته شد و در دمای°C 65 برایh 1 خشک شد. در مرحله بعد سانتزیفیوژ شد و سپس رسوب بدست آمده توسط آب مقطر/اتانول در نسبت w/w برابر شستوشو داده شدند، در دمای°C 40 برای مدتh 2 خشک شدند و مورد استفاده قرار گرفتند.
تهیه سوسپانسیون بر اساس کدورت نیم مک فارلند
با در نظرگرفتن این مطلب که تعداد باکتریهای تلقیح شده یکی از متغیرهای مهم در این مطالعه بود، تراکم سوسپانسیون میکروبی تلقیحی به صورت استاندارد تهیه گردید. بدین منظور جهت تهیه سوسپانسیون میکروبی، از کشت تازه و جوان باکتری های ذکر شده، حاصل از کشتهایh 24 اشریشیا کلی و استافیلوکوکوس اورئوس و همین طور قارچ کاندیدا آلبیکنس استفاده شد. در این حالت باکتریها در فاز لگاریتمی رشد قرار دارند. بدین ترتیب، به کمک فیلدوپلاتین چند کلونی از باکتری و قارچ مورد مطالعه از قسمت فوقانی کشت برداشت شد و به محلول نرمال سالین منتقل گردید این کار تا زمانی ادامه داشت که کدورت سوسپانسیون حاوی نمونه باکتری مورد نظر مطابق کدورت محلول نیم مک فارلند و معادلcfu/ml 10⁸×5/1 (20).
حداقل غلظت مهاری (MIC) و حداقل غلظت کشندگی (MBC)
در این مطالعه برای بررسی اثر غلظت نانوکامپوزیتهای مورد مطالعه، فعالیت ضد میکروبی این نانوکامپوزیتها علیه باکتریهای اشاره شده و قارچ مورد نظر از دو روش MIC و MBC در محدوده ی نانوکامپوزیت (μg/ml 5/2-10) در شرایط آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفت. آنتی بیوتیک استاندارد برای هر باکتری بر مبنای راهنمای CLSIانتخاب گردید. براساس تعاریف، MIC حداقل غلظت بازدارندگی ماده ی ضد میکروبی است و در صورتی که ماده ی ضد میکروبی مورد نظر از محیط حذف گردد، باکتری مجددا قادر به رشد خواهد بود، درحالیکه MBC حداقل غلظت کشندگی ماده ی ضد میکروبی است، به گونهای که 90/99 % از میزان باکتریها را از بین برده و در صورت کشت ثانویه کم تر از 1% از باکتریهای اولیه قادر به رشد باشند. برای بدست آوردن
مقدار MIC از روش کلاسیک تهیه رقتهای متوالی کمیته ملی استاندارد های آزمایشگاهی استفاده شد. بدین منظور میکروارگانیسم های مورد مطالعه ابتدا در محیط نوترینت آگار کشت داده شدند و به مدتh 24 ساعت در°C 37 انکوبه شدند تا میکروارگانیسمها با استفاده از ترکیبات محیط کشت رشد نمایند و کشت جوانh 24 باکتری فراهم گردد. برای بررسی و تعیین حداقل غلظت بازدارندگی و حداقل غلظت کشندگی مواد ضد میکروبی مورد مطالعه بر روی باکتری ها و قارچ هدف از 3 عدد میکروپلیت ته گرد استریل 96 خانه ای استفاده شد و به ازای هر باکتری، 2ردیف 12 تایی رقت از هر نانوکامپوزیت و کنترل مثبت و کنترل منفی به طور جداگانه در هر ردیف در نظر گرفته شد. تعیین MIC و MBC با استفاده از روش استاندارد رقت براث انجام گردید. بدین منظور رقتهای سریالی از μl 100 نانوذره مورد نظر و محیط کشت مولر هینتون براث به همراه کنترل منفی،گروه شاهد نانوذره مورد نظر و گروه شاهد باکتری مورد نظر مورد استفاده قرار گرفت. برای محاسبه کردن MBC چاهکهایی که تغییر رنگ بینابینی قرمز- آبی داشتند، مشخص شدند. چاهک مورد نظر برای آزمونMBC، چاهکی است که رنگ بینابین قرمز و آبی دارد و نه مطلقا قرمز رنگ است و نه آبی، اما برحسب اطمینان و برای بالا بردن اطمینان از فعالیت کشندگی نانو ذره مورد نظر بر روی باکتری و قارچ مورد مطالعه تمام چاهکها از چاهک اول تا چاهک یازدهم که کاملا قرمز رنگ است مورد بررسی قرار گرفت. برای این هدف، مقدار μl 50 از هر رقت محلول مورد نظر در پلیتهای حاوی محیط کشت مولر هینتون آگار، از طریق اسپریدر استریل گسترش داده شد و برایh 24 روز به انکوباتور°C 37 در شرایط هوازی منتقل گردید و پس از گذشتh 24 پلیتها از نظر رشد باکتری بررسی شدندو آخرین رقتی که در کشت از ان هیچ گونه رشد باکتری دیده نشده بود به عنوان رقت MBC ثبت و گزارش گردید (23).
روش بررسی زمان مرگ باکتری و سنجیدن تعداد باکتری
برای بررسی کردن مدت زمان تاثیر گذاری نانوذرات مورد مطالعه بر روی باکتریهای هدف و مدت زمان مورد نیاز برای مرگ آنها در هر مرحله که نیازمند سنجش تعدادباکتریها بود، باکتری های انتخابی در محیط کشت مورد نظر کشت داده شده و کلونیهای تشکیل شده در زمان های مختلف مورد بررسی قرار گرفت.
برای انجام این تکنیک برای هر باکتری 5 چاهک از هر ردیف درمیکروپلیت در نظر گرفته شد. به این ترتیب که به چاهک اول μl 25 از نانو ذره مگنتیت، چاهک دوم μl 25 از نانو ذره مگنتیت/اکسید روی و چاهک سوم μl 25 از نانوکامپوزیت مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان اضافه شد. سپس به هرکدام از پنج چاهک مورد نظر میزان μl 100 از محیط کشت مولر هینتون براث اضافه شد. در مرحله بعد μl 10از محلول سوسپانسیون باکتریایی با کدورتی معادل با نیم مک فارلند به تمام چاهک ها به استثنای چاهک آخر اضافه گردید. بدین ترتیب چاهک چهارم به عنوان کنترل مثبت که فقط شامل باکتری و محیط کشت بود و چاهک پنجم به عنوان کنترل منفی به منظور بررسی عدم آلودگی محیط در نظر گرفته شد.
برای بررسی زمان مرگ در زمان صفر بلافاصله پیش از انکوباسیون اولین کشت بر روی محیط کشت مولر هینتون آگار انجام گرفت. سپس میکروپلیت به انکوباتور شیکردار°C 37 راد و مدت زمان h 24 و به تعدادr/min 200 منتقل گردید. در زمانهای مورد نظر از سوسپانسیون باکتری/نانوذره/محیط کشت و کنترل مثبت نمونه برداری انجام گرفت و بر روی پلیتهای حاوی محیط کشت مولر هینتون آگار کشت انجام گرفت. کلنیهای شکل گرفته برای هرکدام از زمانهای مورد نظر و در مورد هر دو باکتری و نانو ذرات و نانو کامپوزیت های مورد مطالعه شمارش و بر اساس واحد تشکیل دهنده کلنی/میلیلیتر گزارش گردید.
دادهها با استفاده از آزمون آماری رگرسیون و نرم افزار SPSS نسخه 23 تجزیه و تحلیل شدند. همچنین در تطابق داده های آزمایش با مدل کینتیک مرگ، از رگرسیون ساده با متغیر مستقل از زمان و ضریب تعیین استفاده شد. برای مقایسات بین گروهی چون دادهها نرمال نبودند از آزمون کروسکال والیس استفاده شد و05/0>p بعنوان معنی دار در نظر گرفته شد (24).
نتایج
نتایج برای تأثیر نانوکامپوزیتهای مورد مطالعه روی برخی باکتریهای عفونی کنندهی زخمهای پوستی و همچنین قارچ کاندیدا آلبیکنس در تستهای MIC و MBC در جدول 1 گزارش شده است. نتایج نشان داد که غلظت برابری از نانوکامپوزیت مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان در تستهای MIC (μg/ml 625/0) و MBC (μg/ml 5/1) در مقایسه با نانوکامپوزیت مگنتیت/اکسید روی در تستهای MIC (μg/ml 25/1) و MBC (μg/ml 5/2) علیه اشریشیا کلی استفاده شده است (05/0>p). بر اساس نتایج بدست آمده، غلظتهای بزرگتر از μg/ml 10 از مگنتیت علیه این باکتری استفاده شده است که حاکی از آن است که مگنتیت دارای فعالیت آنتیباکتریایی بسیار ضعیفی در مقایسه با نانوکامپوزیت مگنتیت/اکسید روی و نانوکامپوزیت مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان است. نتایج برای باکتری استافیلوکوکوس نشان داد که غلظتهای نسبتاً مشابهی از نانوکامپوزیتهای مگنتیت/اکسید روی و مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان در تستهای MIC (μg/ml 625/0) و MBC (μg/ml 25/1) استفاده شد و نتایج نشان داد که مگنتیت دارای خاصیت آنتیباکتریایی ضعیفتری بود. در مقایسه با آنتی بیوتیکهای مورد استفاده برای باکتریها، نانوکامپوزیت مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان دارای خاصیت آنتی باکتریایی ضعیفتری بود. نتایج همچنین نشان داد که نانوکامپوزیتها اثر معنیداری روی قارچ کاندیدا آلبیکنس نداشتند.
جدول 1 . نتایج MIC و MBC نانو ذرات مگنتیت، مگنتیت/اکسید روی ، مگنتیت/اکسیدروی/کیتوزان و آنتی بیوتیک های استاندارد به روش کلاسیک تهیه رقت های متوالی کمیته ملی استاندارد های آزمایشگاهی و مقایسه آن ها با آنتی بیوتیک های استاندارد واحد ها بر حسب μg/mlاست
باکتری | کانامایسین | موپیروسین | مروپنم | آمپی سیلین | ایمی پنم | مگنتیت | مگنتیت/اکسید روی | مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان | ||||||||
MIC | MBC | MIC | MBC | MIC | MBC | MIC | MBC | MIC | MBC | MIC | MBC | MIC | MBC | MIC | MBC | |
اشریشیا کلی | 625/0 | 5/1 | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 10< | 10< | 25/1 | 5/2 | 25/1 | 5/2 |
استافیلوکوکوس اورئوس | --- | --- | 31/0 | 625/0 | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 10< | 10< | 25/1 | 5/2 | 625/0 | 25/1 |
کاندیدا آلبیکنس | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | 25/1 | 5/2 | 80< | 80< | 80< | 80< | 80< | 80< |
تأثیر
نانوکامپوزیتهای مورد مطالعه بر روی باکتریها در منحنی زمان مرگ در نمودارهای 1 و2 گزارش شده است. بر اساس یافتههای بدست آمده، نانوکامپوزیتهای مگنتیت/اکسید روی و نانوکامپوزیت مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان دارای اثرات تقریبا مشابهی در غلظت MIC 1 و MIC 2 بودند. این نتایج نشان میدهد که این نانوکامپوزیتها بیشترین اثرات خود را در طی زمان h6 آغاز میکنند و با شیب قابل توجهی آنرا ادامه میدهند، بطوریکه برای بیشتر باکتریها در زمانهایh 48 ، تعداد باکتریها به حدإقل ممکن میرسد. با اینحال، نتایج نشان داد که مگنتیت دارای فعالیت آنتیباکتریایی بسیار ضعیفی در مقایسه با نانوکامپوزیتهای مگنتیت/اکسید روی و نانوکامپوزیت مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان بود. با اینحال در مقایسه با گروه کنترل، مگنتیت از خود فعالیت آنتیباکتریایی نشان داد. در گروههای آنتی بیوتیکی بعد ازh 24 ، تعداد باکتریها تقریبا به صفر رسید که این مطلب نشان دهندهی این است که باکتریها در زمان بسیار کوتاهتری در مقایسه با نانوکامپوزیتها فعالیت میکنند و اثرات خود را نشان میدهند.
E. coli 1MIC:
E. coli 2MIC:
نمودار ۱- منحنی زمان مرگ باکتری اشرشیا کلی درمجاورت نانوکامپوزیتها براساسMIC1 وMIC 2
S. aureus 1MIC:
S. aureus 2MIC:
نمودار 2. منحنی زمان مرگ باکتری استافیلوکوکوس ارئوس درمجاورت نانوکامپوزیتها براساس MIC1 وMIC 2
بحث
نتایج این مطالعه نشان داد که در هردو تست MIC و MBC نانوکامپوزیت مگنتیت دارای اثرات ضدباکتریایی ضعیفی در مقایسه با نانوکامپوزیتهای مگنتیت/اکسید روی و نانوکامپوزیت مگنتیت/اکسید روی/کیتوزان بود. با مقایسهی مگنتیت با گروه کنترل در منحنی زمان مرگ نتایج نشان داد که مگنتیت دارای فعالیت آنتیباکتریایی است ولی در مقایسه با دیگر نانوکامپوزیتها و آنتیبیوتیکها بسیار ضعیف عمل میکند. بر اساس نتایج برای زمان مرگ، مگنتیت فعالیت آنتیباکتریایی را با گذشت زمان، بیشتر نشان میدهد و روال ثابتی را طی نمینماید. این نتیجه نشان میدهد که این نانوکامپوزیت نیاز به زمان بیشتری برای از بین بردی باکتریها دارد. مطالعات نشان دادهاند که مگنتیت از طریق اتصال یافتن با سطح خارجی غشای باکتریها، واکنشها و تعاملات مختلفی ایجاد میکند و از این طریق خاصیت آنتیباکتریایی خود را نشان میدهد (10). نتایج این مطالعه نشان داد که با افزودن اکسید روی به مگنتیت، خاصیت آنتیباکتریایی بشکل قابل توجهی افزایش یافت. نتایج برای منحنی زمان مرگ نشان داد که نانوکامپوزیت مگنتیت/اکسید روی با گذشت زمان روال صعوی را برای کشتن باکتریها از خود نشان داد و تعداد باکتریها از زمان 6 ساعت در این گروه بطور معنیداری کاهش یافتند. این نتیجه نشان میدهد که مگنتیت و اکسید روی دارای اثرات هم افزایی هستند و میتوانند به بهبود فعالیت آنتیباکتریایی هم کمک نمایند. البته ذکر این نکته ضروری است که اکسید روی یک آنتی باکتریال شناخته شده است. نانوذرات اکسید روی از طریق رهاسازی یونهای آنتی میکروبی، تعامل نانوذرات با با میکروارگانیسمها و تشکیل گونههای واکنشگر اکسیژن اثرات آنتی باکتریایی خود را نشان میدهند (11). با اینحال دیگر مطالعات معتقد بودند که اکسید روی فعالیت آنتیباکتریایی خود را از طریق تخریب یکپارچگی غشای سلولی و همچنین ایجاد فعالیت الکترواستاتیکی بین بار منفی سلول باکتریایی و بار مثبت نانوذره نشان میدهند (25). ظاهرا، تعامل بین بار منفی سلولهای باکتریایی و بار مثبت نانوذرات مانع از رشد باکتریایی میشود و این کار همچنین باعث افزایش تولید گونههای واکنشگر اکسیژن میشود که این عوامل باعث مرگ سلولی میشوند (26). در ارتباط با تعامل بین مگنتیت و روی اکسی باید بیان نمود که احتمالا مگنتیت فعالیت آب را کاهش میدهد و تعامل بین اکسید روی و باکتریها را تسهیل میکند (8-7). با افزودن کیتوزان به ساختار قبلی، تفاوت قابل توجهی مشاهده نشد و تنها برای باکتری استافیلوکوکوس اورئوس بمقدار قابل توجهی فعالیت آنتیباکتریایی افزایش یافت. کیتوزان یک ساختار آنتی باکتریال است و اثراتش را از طریق نفوذ پذیری بداخل سلول باکتریایی و کشتن باکتریها نشان میدهد (27). کیتوزان همچنین فعالیت آنتیباکتریایی خود را از طریق اعمال تغییراتی روی سطح سلول باکتریایی آغاز میکند که باعث افزایش نفوذپذیری به داخل غشاء میشود و تعادل اسمزی را برهم میزند که نتیجه این کار مرگ سلول باکتریایی است (14). در مجموع، کیتوزان دارای فعالیت آنتی باکتریایی ضعیفی است و نتایج این مطالعه نیز حاکی از تأیید این مطلب است. در مجموع باید بیان شود که افزودن کیتوزان به ساختار نانوکامپوزیت تنها توانست کارایی نانوکامپوزیت را علیه استافیلوکوکوس اورئوس بمقدار قابل توجهی بهبود بخشد. نتایج این مطالعه اگرچه نشان داد که نانوکامپوزیتها روی هردو دسته باکتریها تأثیر داشتند ولی این اثرات در باکتریهای گرم مثبت در مقایسه با باکتریهای گرم منفی بیشتر بود که این احتمالا بدلیل دویاره سلولی سادهتر این باکتریها است. نتایج این مطالعه نیز نشان داد که نانوکامپوزیتها نتوانستند اثرات قابل توجهی روی قارچ کاندیدا آلبیکنس داشته باشد که این نتایج مغایر با نتایج دیگر مطالعات برای اثرات نانوکامپوزیت مگنتیت-کیتوزان (28) و ساختار اکسید روی-آهن اکسید سنتز شده توسط جلبک (29) است. اختلاف بین این مطالعه و مطالعات دیگر ان احتمالا مربوط به روش سنتز و دیگر اجزای موجود در ساختارها است. عدم کارایی نانوکامپوزیتها روی این قارچ احتمالا مربوط به دیواره و ساختار سلولی این قارچ که نانوکامپوزیت نمیتواند در آن نفوذ کند.
نتیجهگیری
در مجموع، نانوکامپوزیتهای تهیه شده روی باکتریها گرم مثبت و گرم منفی القاء کننده عفونت در زخم پوستی تأثیر داشتند که میتواند بعنوان ساختارهای تقویت کننده در مطالعات بالینی مورد توجه قرار گیرند.
تعارض در منافع
نویسندگان تعهد می نمایند که هیچ گونه تعارض منافع و مالی ندارند.
فهرست منابع
1. Abdulgader NE, Galil RK, Elnour SY, Elhusain TF, Osman TM, Elawad MN, Mirghani IM, Abdalrahman IB, Elbager SG. Irrational use of antibiotics with representation of antimicrobial resistance patterns in Sudan: a narrative review. EuroBiotech J 2021;5(1):43-7.
2. Pfalzgraff A, Brandenburg K, Weindl G. Antimicrobial peptides and their therapeutic potential for bacterial skin infections and wounds. Front Pharmacol 2018; 9:281-293.
3. Nigussie D, Davey G, Legesse BA, Fekadu A, Makonnen E. Antibacterial activity of methanol extracts of the leaves of three medicinal plants against selected bacteria isolated from wounds of lymphoedema patients. BMC Complem Med Therap 2021; 21(1):1-10.
4. Dahm H. Silver nanoparticles in wound infections: present status and future prospects. InNanotechnology in skin, soft tissue, and bone infections 2020 (pp. 151-168). Springer, Cham.
5. Zhu G, Sun Z, Hui P, Chen W, Jiang X. Composite film with antibacterial gold nanoparti cles and silk fibroin for treating multidrug-resistant E. coli-infected wounds. ACS Biomater Sci Engin 2020; 7(5):1827-35.
6. García-Villén F, Faccendini A, Aguzzi C, Cerezo P, Bonferoni MC, Rossi S, Grisoli P, Ruggeri M, Ferrari F, Sandri G, Viseras C. Montmorillonite-norfloxacin nanocomposite intended for healing of infected wounds. Imt J Nanomed 2019; 14:5051-5060.
7. Bramhill J, Ross S, Ross G. Bioactive nanocomposites for tissue repair and regeneration: a review. Int J Environ Res Public Health 2017; 14:1–21.
8. Naumenko EA, Guryanov ID, Yendluri R, Lvov YM, Fakhrullin RF. Clay nanotube-biopolymer composite scaffolds for tissue engineering. Nanoscale 2016; 8:7257–7271.
9. McNamara K, Tofail SA. Nanosystems: the use of nanoalloys, metallic, bimetallic, and magnetic nanoparticles in biomedical applications. Physic Chemi Chemic Physics 2015;17(42):27981-95.
10. Maruthupandy M, Rajivgandhi G, Muneeswaran T, Anand M, Quero F. Highly efficient antibacterial activity of graphene/chitosan/magnetite nanocomposites against ESBL-producing Pseudomonas aeruginosa and Klebsiella pneumoniae. Coll Surfaces B: Biointerface 2021:111690.
11. Abebe B, Zereffa EA, Tadesse A, Murthy HA. A review on enhancing the antibacterial activity of ZnO: Mechanisms and microscopic investigation. Nanoscale Res Lett 2020;15(1):1-9.
12. Espitia PJP, Soares N de FF, Coimbra JS dos R. Zinc oxide nanoparticles: synthesis, antimicrobial activity and food packaging applications. Food Bioprocess Technol 2012; 5:1447–1464.
13. Chandrasekaran M, Kim KD, Chun SC. Antibacterial activity of chitosan nanoparticles: A review. Process 2020; 8(9):1173.
14. Raafat D, Von Bargen K, Haas A, Sahl HG. Insights into the mode of action of chitosan as an antibacterial compound. Appl Environ Microbiol 2008; 74(12):3764-73.
15. Daghian SG, Farahpour MR, Jafarirad S. Biological fabrication and electrostatic attractions of new layered silver/talc nanocomposite using Lawsonia inermis L. and its chitosan-capped inorganic/organic hybrid: Investigation on acceleration of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa infected wound healing. Mater Sci Engin: C 2021;128:112294.
16. Mahmoudabadi S, Farahpour MR, Jafarirad S. Effectiveness of green synthesis of silver/kaolinite nanocomposite using Quercus infectoria galls aqueous extract and its chitosan-capped derivative on the healing of infected wound. IEEE Trans NanoBiosci 2021;20(4):530-42.
17. Bettaieb I, Zakhama N, Wannes WA, Kchouk ME, Marzouk B. Water deficit effects on Salvia officinalis fatty acids and essential oils composition. Scientia Horticulturae 2009;120(2):271-5.
18. Francik S, Francik R, Sadowska U, Bystrowska B, Zawiślak A, Knapczyk A, Nzeyimana A. Identification of phenolic compounds and determination of antioxidant activity in extracts and infusions of salvia leaves. Mater 2020;13(24):5811.
19. Ehsani P, Farahpour MR, Mohammadi M, Mahmazi S, Jafarirad S. Green fabrication of ZnO/magnetite-based nanocomposite-using Salvia officinalis extract with antibacterial properties enhanced infected full-thickness wound. Coll Surface A: Physicochem Engin Aspect 2021;628:127362.
20. Gharehpapagh AC, Farahpour MR, Jafarirad S. The biological synthesis of gold/perlite nanocomposite using Urtica dioica extract and its chitosan-capped derivative for healing wounds infected with methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Int J Biol Macromol 2021; 183:447-56.
21. Shariatzadeh Bami S, Khavari-Nejad RA, Ahadi AM, Rezayatmand Z. Evaluation of foliar application of TiO2 nanoparticles and NaCl salinity on physiological traits of wormwood. Plant Physiol Repor 2021; 26(3):466-77.
22. Sadeghi Seyed A., Asareh M., Tavakoli M. Oak gall wasps. Res Inst Forest Rangelands 2009; 1: 1-197.
23. Parvekar P, Palaskar J, Metgud S, et al. The minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) of silver nanoparticles agains Staphylococcus aureus. Biomater Investig Dentis 2020; 7: 105-9.
24. Tang H, Zhang P, Kieft TL, Ryan SJ, Baker SM, Wiesmann WP, Rogelj S. Antibacterial action of a novel functionalized chitosan-arginine against Gram-negative bacteria. Acta Biomaterialia 2010; 6:2562-71.
25. Hameed ASH, Karthikeyan C, Ahamed AP, Thajuddin N, N. S Alharbi NS. In vitro antibacterial activity of ZnO and Nd doped ZnO nanoparticles against ESBL producing Escherichia coli and Klebsiella pneumoniae. Sci Report 2016; 6:1-11.
26. Zhang L, Ding Y, Povey M, York D. ZnO nanofluids–A potential antibacterial agent. Prog Natural Sci 2008; 18: 939-944.
27. Tang H, Zhang P, Kieft TL. Antibacterial action of a novel functionalized chitosan-arginine against Gram-negative bacteria. Acta Biomaterial 2010; 6(7):2562–2571.
28. El-Khawaga AM, Farrag AA, Elsayed MA, El-Sayyad GS, El-Batal AI. Antimicrobial and photocatalytic degradation activities of chitosan-coated magnetite nanocomposite. J Cluster Sci 2021;32(5):1107-19.
29. Abbas HS, Akilandeswari K, Muddukrishnaiah K. The antifungal and antiovarian cancer properties of α-Fe2O3 and α-Fe2O3/Zno nanostructures synthesized by Spirulina platensis. IET Nanobiotechnol 2020; 1: 10-20.
Investigation of Antibacterial Activity of Magnetite, Magnetite/Zinc Oxide and Magnetite/Zinc Oxide/Chitosan on Some Bacteria Inducing Infection in Skin Wounds
Parandis Ehsani 1, Mohammad Reza Farahpour 2, Mojtaba Mohammadi 3, Sanaz Mahmazi 4, Saeed Jafarirad 5
1-PhD. Student, Department of Microbiology, Za. c., Islamic Azad University, Zanjan, Iran.
2- Associated Professor, Department of Clinical Sciences, Faculty of Veterinary Medicine, Urmia Branch, Islamic Azad University, Urmia, Iran. Corresponding Author: mrf78s@gmail.com
3-Assistant Professor, Department of Microbiology, Za. c., Islamic Azad University, Zanjan, Iran.
4- Assistant Professor, Department of Biology, Za. c., Islamic Azad University, Zanjan, Iran.
5- Associated Professor, Research Center of Bioscience and Biotechnology, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
.
Received:2024.05.11 Accepted: 2024.09.13
Abstract
Background & Aim: Some bacteria cause infection in wound site that is a major challenge for healthiness and bacteria may be resistant to antibiotics. The current study was conducted to investigate antibacterial activity of magnetite, magnetite/zinc oxide and magnetite/zinc oxide/chitosan nanocomposites on some bacteria inducing infection in skin wounds.
Materials & Methods: In this study, magnetite, magnetite/zinc oxide and magnetite/zinc oxide/chitosan nanocomposites were prepared by help of Salvia officinalis extract and their effects were investigated via minimum inhibitory concentration (MIC) and minimum bactericidal concentration (MBC) on Escherichia coli, Staphylococcus aureus, and also Candida albicans fungus. Killing time curve was also investigated.
Results: The results for MIC and MBC tests showed that magnetite/zinc oxide and magnetite/zinc oxide/chitosan nanocomposites showed significant effects on Escherichia coli and Staphylococcus aureus compared with magnetite nanocomposite but they did not show any significant effects on Candida albicans fungus. The results also showed that nanocomposites showed their effects in longer times compared with antibiotics.
Conclusion: In sum, magnetite/zinc oxide and magnetite/zinc oxide/chitosan nanocomposites showed significant effects on Gram-positive and Gram-negative bacteria but in longer times.
Keywords: Infectious bacteria; zinc oxide; magnetite; Escherichia coli and Staphylococcus aureus.