Estudio del efecto toxicológico de nanopartículas de plata anisotrópicas en Escherichia coli y Staphylococcus aureus

Abstract

Las nanopartículas de plata (AgNPs) son ampliamente utilizadas en la formulación de productos diversos. Este tipo de materiales constituye un agente complejo y relativamente nuevo, del cual sus propiedades toxicológicas no han sido exploradas con suficiente profundidad. Se procedió a sintetizar cuatro formas distintas de nanopartícula (esferas, triángulos, estrellas y cilindros), con diferentes tamaños (5 nm a 100 nm y 100 nm a 400 nm) y dos tipos de recubrimientos: citrato de sodio y quitosano, dándoles potenciales zeta negativos (-24 mV a -35 mV) y positivos (27 mV a 48 mV), respectivamente. Tres de las cuatro formas planteadas se pudieron sintetizar de manera eficiente según métodos reportados en la literatura, sin embargo, la síntesis de cilindros no alcanzó los resultados deseados respecto a morfología. Se estudió a su vez, el efecto de una técnica de remoción de iones Ag+ en disolución con amoniaco en todas las muestras, con la intención de aislar lo más posible la influencia de las AgNPs de la de los iones Ag+. El efecto citotóxico se estudió en dos bacterias: Escherichia coli y Staphylococcus aureus, organismos modelo de bacterias Gram negativa y Gram positiva, respectivamente, al determinar la concentración mínima inhibitoria (MIC) de nanopartículas en medio Mueller Hinton. Los resultados obtenidos mostraron una relación entre el tamaño de la AgNP y su efecto citotóxico debido a una mayor área superficial y facilidad de ingreso a través de las membranas externas. El efecto del potencial zeta varió considerablemente con el organismo a tratar: E. coli resultó ser más susceptible a potenciales zeta positivos que S. aureus. La forma de las nanopartículas demostró ser un factor de menos importancia respecto a los demás, sin embargo, fue un factor que le dio a las estrellas una mayor citotoxicidad que los triángulos a pesar de su gran tamaño (alrededor de 200 nm) debido a la naturaleza de la interacción entre la bacteria y su estructura ramificada. Entre las muestras probadas las nanoesferas recubiertas con quitosano (con tamaños entre 5 nm y 10 nm) mostraron ser la única con capacidad bactericida.

Silver nanoparticles (AgNPs) are widely used in the formulation of various products. This type of materials constitutes a complex and relatively new agent, of which its toxicological properties have not been explored in sufficient depth. We proceeded to synthesize four different forms of nanoparticle (spheres, triangles, stars and cylinders), with different sizes (5 nm to 100 nm and 100 nm to 400 nm) and two types of coatings: sodium citrate and chitosan, giving them zeta potentials. negative (-24 mV to -35 mV) and positive (27 mV to 48 mV), respectively. Three of the four proposed forms could be synthesized efficiently according to methods reported in the literature, however, the synthesis of cylinders did not achieve the desired results regarding morphology. In turn, the effect of a technique of removal of Ag + ions in solution with ammonia in all samples was studied, with the intention of isolating as much as possible the influence of AgNPs from that of Ag + ions. The cytotoxic effect was studied in two bacteria: Escherichia coli and Staphylococcus aureus, model organisms of Gram negative and Gram positive bacteria, respectively, by determining the minimum inhibitory concentration (MIC) of nanoparticles in Mueller Hinton medium. The results obtained showed a relationship between the size of the AgNP and its cytotoxic effect due to a greater surface area and ease of entry through the outer membranes. The effect of the zeta potential varied considerably with the organism to be treated: E. coli was found to be more susceptible to positive zeta potentials than S. aureus. The shape of the nanoparticles proved to be a factor of less importance compared to the others, however, it was a factor that gave the stars a greater cytotoxicity than the triangles despite their large size (around 200 nm) due to the nature of the interaction between the bacterium and its branched structure. Among the samples tested, the chitosan-coated nanospheres (with sizes between 5 nm and 10 nm) were shown to be the only one with bactericidal capacity.