Nanopartículas Antimicrobianas de Prata

O mercado brasileiro de nanotecnologia desenvolveu-se com força nos últimos anos, através da atuação conjunta com a área de saúde, para o fornecimento de novos produtos de proteção e bem-estar. Além disso, com as crises de doenças infecciosas, tornou-se ainda mais necessário readequar os costumes sanitários para uma cultura de prevenção.

A Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) é uma aliada na busca por inovação em tecnologias de proteção bactericida de maneira eficaz. Dentre essas novas tecnologias, podemos destacar a utilização de nanopartículas antimicrobianas para criar um material com propriedades únicas!

O que são nanopartículas?

As nanopartículas (NPs) podem ser definidas como agregados particulados com dimensões entre 1 e 100 nm. As NPs metálicas possuem inúmeras propriedades e aplicações singulares. Por exemplo, podem apresentar propriedades ópticas, magnéticas, antimicrobianas, anticâncer e atividade catalítica.

Figura 1. MEV de AgNPs com diferentes morfologias.

O tamanho dessas partículas é tão relevante que ao comparar partículas de mesma composição, mas uma em escala nano e outra não, essas não vão apresentar as mesmas propriedades. A distribuição e morfologia destes materiais pode ser observada ao realizar análises microscópicas como a Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A figura ao lado demonstra a diversidade na morfologia de NPs de prata (AgNPs) como resultado de diferentes métodos de síntese.

Como algumas nanopartículas possuem atuação antimicrobiana? O que acontece na interação nano-bactéria?

O grande interesse no uso de nanomateriais antibacterianos está na capacidade destes materiais de dizimar microorganismos resistentes à medicamentos antibióticos (Multi-drug resistence). Isso ocorre porque as NPs promovem simultaneamente o rompimento da membrana citoplasmática e inutilização de componentes intracelulares da bactéria. Enquanto que os medicamentos apenas interferem na membrana, permitindo aos microorganismos adaptação genética de seu funcionamento e o desenvolvimento de resistência.

Figura 2. Possíveis rotas de ação bactericida para AgNPs.

No caso das AgNPs, os agentes ativos são íons de Ag(I) liberados da nanopartícula para o meio intracelular. Estes íons podem auxiliar no rompimento da membrana e simultaneamente causar dano ao DNA. A permeação para atuação bactericida é mais efetiva, pois os íons de Ag(I) comprometem o funcionamento da célula ao se ligarem em ribossomos, enzimas ou DNA. Os efeitos em estresse oxidativo, desbalanço de eletrólitos e inibição enzimática então culminam na morte celular.

Mas se as nanopartículas são tóxicas para bactérias, não podem ser tóxicas para humanos também?

De fato, alguns nanomateriais podem apresentar toxicidade tanto para bactérias quanto para células de mamíferos saudáveis. Este comportamento foi observado nos primeiros estudos de NPs não-funcionalizadas, onde não houve seletividade para as bactérias. Portanto, para aplicações em medicina, é desejável a funcionalização das NPs, aumentando a complexidade da estrutura e atuação específica para um determinado sítio do microorganismo.

Fayaz A. M. e colaboradores (Universidade de Madras, Índia) realizaram uma interessante funcionalização de AgNPs com o antibiótico ampicilina. A ampicilina é um medicamento β-lactâmico com estrutura similar à penicilina. É utilizada no tratamento de infecções respiratórias, da pele, urinárias ou otites. A combinação da atividade da nanopartícula com a ampicilina resultou em um efeito amplificado, graças à capacidade seletiva do antibiótico de se ligar a um sítio específico da membrana citoplasmática.

Como saber se a nanopartícula possui atividade antibacteriana?

Existem diversos testes para comprovar se um material desenvolvido é tóxico aos microorganismos. Um dos testes que pode ser realizado é o "Teste de diluição em caldo", obtendo como resultado a Concentração Inibitória Mínima (CIM). O teste se baseia no comparativo visual da inibição de crescimento de uma cultura de bactérias na presença de diferentes concentrações da NP (mg/L). Logo, quanto menor a concentração de NP necessária para inibir o crescimento da cultura, mais potente é a atividade bactericida do material. Esse valor pode ser comparado com antibióticos tradicionais com valores de CIM tabelados e, assim, avaliar a viabilidade do produto.

Para produtos finais como tecidos, são necessárias outras técnicas para avaliar a aplicação. Alguns exemplos são: OD600, MTT e disco-difusão.

Tecidos de algodão com nanopartículas de prata

Diversas empresas de nanotecnologias estão desenvolvendo materiais têxteis com a presença de NPs antimicrobianas, cada uma com sua estratégia de formulação. Como exemplo de P&D nessa área, foram desenvolvidos na Universidade de Jilin (China) tecidos de algodão impregnados com AgNPs e aditivos (PEI e F-POSS). A presença de AgNPs com diferentes formatos e tamanhos confere uma diversidade de colorações ao tecido, graças as suas propriedades ópticas. Em combinação, as propriedades antimicrobianas das AgNPs também conferem ao tecido essa aplicação. A ação bactericida pode ser observada na Figura 3 (direita), comparando a atuação de diferentes tecidos no crescimento das bactérias E. coli e B. subtilis. Enquanto o tecido original (Pristine fabric) permite o crescimento da cultura, os tecidos impregnados com AgNPs inibiram o crescimento bacteriano.

Figura 3. Impregnação de AgNPs em algodão e inibição de crescimento bacteriano.

Se interessou pelas nanopartículas de prata? Qual propriedade você mais gostou?

Aqui cobrimos apenas uma parte das amplas aplicações. Comente o que achou sobre o assunto, ou tire suas dúvidas!

Leitura complementar:

Lee, S. H.; Jun, B. H. Int. J. Mol. Sci. 2019, 20, 865.

Islam S. U.; Butola, B. S.; Mohammad, F. RSC Adv. 2016, 6, 44232.

Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI). Norma M7-A6 - Metodologia dos Testes de Sensibilidade a Agentes Antimicrobianos por Diluição para Bactéria de Crescimento Aeróbico, v 23, n 2, 2003.

Haase, H.; Jordan, L.; et. al. PLoS ONE. 2017, 12, 11, 1.

Wu, M.; Benhua, M.; et. al. Adv. Funct. Mater. 2016, 26, 569.