Badania in vitro aktywności przeciwbakteryjnej bioszkieł zawierających Mg, Sr i Au wytworzonych metodą zol-żel

• Autorzy: Ciołek L. , Olszyna A. , Zaczyńska E. , Czarny A. , Biernat M.

Warianty tytułu

EN

In vitro studies of antibacterial activity of sol-gel bioglasses containing Mg, Sr and Au

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Celem prowadzonych badań było określenie aktywności przeciwbakteryjnej in vitro bioaktywnych szkieł dotowanych Mg, Sr i Au. Przedstawiono badania zmodyfikowanych bioszkieł zawierających wybrane pierwiastki wprowadzone dla podwyższenia bioaktywności, które mogą wspomagać przebieg procesów fizjologicznych kościotworzenia i wykazywać działanie przeciwbakteryjne. Obecność magnezu w składzie biomateriału zwiększa jego bioaktywność. Stront wpływa na lepszą proliferację komórek kostnych. Złoto należy do grupy „ultraelementów” działających przeciwbakteryjnie oraz aktywuje procesy metaboliczne poprzez oddziaływanie na enzymy. Silany użyte podczas syntezy bioszkieł metodą zol-żel, także mogą zwiększać ich bioaktywność. Materiał odniesienia stanowiło bioszkło P5-VS zawierające 70% mas. SiO2, 5% mas. P2O5 oraz 25% mas. CaO. Bioszkła P5-VS-1_Mg i P5-VS-1_Sr, o takim samym składzie jak P5-VS wytworzono zastępując 1% mas. CaO odpowiednio MgO lub SrO. W przypadku bioszkieł P5-VS-Au_r-r i P5-VS-Au_nzk nanocząsteczki złota były dodane w ilości 0,00065% mas. i 0,002% mas. odpowiednio jako: roztwór koloidalny lub niejonowe złoto koloidalne. Właściwości fizykochemiczne wytworzonych bioszkieł obejmujące morfologię powierzchni, a także ich bioaktywność po kontakcie z roztworem symulującym osocze oraz wyniki cytotoksyczności zostały przedstawione w innym artykule. Stwierdzono, że bioszkła w kontakcie z płynem symulującym osocze (SBF) są bioaktywne oraz nie oddziałują cytotoksycznie na komórki L929. Wyniki badań in vitro aktywności przeciwbakteryjnej wytworzonych bioszkieł wykazały ich wyższą aktywność w stosunku do szczepu Staphylococcus aureus niż Pseudomonas aeruginosa. Wzrost mikroorganizmów najbardziej hamowało bioszkło P5-VS-1_Sr. Bioszkło P5-VS bez udziału Mg, Sr lub Au wykazywało najsłabsze działanie przeciwbakteryjne.

EN

The aim of this study was to determine in vitro antibacterial activity of bioactive glasses doped with Mg, Sr and Au. Authors showed tests of modified bioglasses containing selected elements incorporated to the composition in order to increase bioactivity, which could contribute to physiological processes of osteogenesis and exhibit bactericidal activity. The presence of magnesium in the composition of the biomaterial enhances its bioactivity. Strontium improves the proliferation of bone cells. Gold belongs to the group of “ultra-elements” which show antibacterial activity and activate metabolism by acting on enzymes. The silane used for the synthesis of sol-gel bioglasses may also increase bioactivity. Bioglass P5-VS containing 70 wt% of SiO2 and 25 wt% of CaO and 5 wt% of P2O5 was a reference material. Bioglasses P5-VS-1_Mg and P5-VS-1_Sr with the same composition as P5-VS were obtained by substituting 1 wt% of CaO by MgO or SrO respectively. In the case of bioglasses P5-VS-Au_r-r and P5-VS- -Au_nzk nanoparticles of Au were added in the amount of 0.00065 wt% and 0.002 wt% as colloidal solution or nonionic colloidal gold respectively. Physical and chemical properties of sol-gel bioactive glasses including grain morphology and bioactivity in simulated body fluid and the results of cytotoxicity were presented in a previous publication. It was found that bioglasses were bioactive in contact with simulated body fluid (SBF) and were not toxic on L929 cells in vitro. The results of in vitro antibacterial activity studies of obtained bioglasses showed higher activity against strain of Staphylococcus aureus than Pseudomonas aeruginosa. The growth of microorganisms was inhibited in the most effective way by the bioglass P5-VS-1_Sr. The P5-VS bioglass without Mg, Sr or Au shows the weakest bactericidal effect.

Słowa kluczowe

PL

bioszkło; metoda zol-żel; cytotoksyczność; aktywność przeciwbakteryjna

EN

bioglass; sol-gel method; cytotoxicity; antibacterial activity

• Wydawca: Polish Society for Biomaterials in Cracow
• Czasopismo: Engineering of Biomaterials
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 19, no. 134
• Strony: 25--30
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., wykr.

Twórcy

autor

Ciołek L.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, ul. Postępu 9, 02-676 Warszawa

autor

Olszyna A.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, ul. Postępu 9, 02-676 Warszawa

autor

Zaczyńska E.

• Polska Akademia Nauk, Instytut Immunologii i Terapii Doświadczalnej, ul. Rudolfa Weigla 12, 53-114 Wrocław

autor

Czarny A.

• Polska Akademia Nauk, Instytut Immunologii i Terapii Doświadczalnej, ul. Rudolfa Weigla 12, 53-114 Wrocław

autor

Biernat M.

• Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych, ul. Postępu 9, 02-676 Warszawa

Bibliografia

• [1] Confalonieri M., et al.: Microbiological patterns in osteoarticular prosthetic infections. GIMMOC, VII(1)(2003) 21-26.
• [2] Verne E. et al.: Surface characterization of silver-doped bioactive glass. Biomaterials 26 (2005) 5111-5119.
• [3] Nałęcz M., Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna 2000, T.4, Biomateriały, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2003
• [4] Vallet-Regi M. et al.: XRD, SEM-EDS, and FTIR studies of in vitro growth of an apatite-like layer on sol-gel glasses. Journal of Biomedical Material Research 44 (1999) 416-421.
• [5] Gorustovich A. A. et al.: Osteoconductivity of strontium-doped bioactive glass particles: A histomorphometric study in rats. Journal of Biomedical Material Research 92A (2010) 232-237.
• [6] Gentleman E et al.: The effects of strontium-substituted bioactive glasses on osteoblasts and osteoclasts in vitro. Biomaterials 31 (2010) 3949-3956.
• [7] Hoppe A., et al.: A review of the biological response to ionic dissolution products from bioactive glass and glass-ceramics. Biomaterials 32 (2011) 2757-2774.
• [8] Simon S. et al.: Gold nanoparticles developed in sol-gel derived apatite - bioactive glass composites. Journal of Materials Science: Material in Medicine 23 (2012) 1193-1201.
• [9] Cui Y. et al.: The molecular mechanism of action of bactericidal gold nanoparticles on Escherichia coli. Biomaterials 33 (2012) 2327-2333.
• [10] Rajan A., et al.: Studies on catalytic, antioxidant, antibacterial and anticancer activities of biogenic gold nanoparticles. Journal of Molecular Liquids 212 (2015) 331-339.
• [11] Wataha J.C.: The in vitro effects of metal cations on eukaryotic cell metabolizm. Journal of Biomedical Materials Research 25 (1991) 1133-1149.
• [12] Lepparanta O. et al.: Antibacterial effect of bioactive glass on clinically important anaerobic bacteria in vitro. Journal of Materials Science Materials in Medicine 19 (2008) 547-551.
• [13] Kim Y. et al.: Preparation of bioactive microspheres of organic modified calcium silicates through sol-gel processing, Journal of Sol-Gel Science and Technology 45 (2008) 43-49.
• [14] Ciołek L. et al.: Badania właściwości fizykochemicznych i cytotoksyczności in vitro bioszkieł dotowanych Mg, Sr, Au. Prace Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych 16 (2014) 17-28.
• [15] Abadeer N.S., Fulop G., Chen Si, Kall M., Murphy C.J.: Interactions of Bacterial Lipopolisacharides with Gold Nanorod Surface Investigate by refractometric sensing. ACS Applied Materials & Interfaces 7 (2015) 24915-24925.
• [16] Labischinski H., Barnickel A., Bradaczek H., Naumann D., Rietschel E.T., Giesbrecht P.: High state of order of isolated bacterial lipopolisaccharide and its possible contribution to the permeation barrier property of outer membrane. Journal of Bacteriology 162 (1985) 9-20.
• [17] Kunicki-Goldfinger W.J.H.: Życie bakterii, Warszawa: PWN 1998
• [18] Guida A., Towler M.R., Wall J.G., Hill R.G., Eramo S.: Preliminary work on the antibacterial effect of strontium in glass ionomer cements. Journal of Materials Science Letters 22 (2003) 1401-1403.
• [19] Gary A., Roy F.M., Bandyopadhyay A., Bose S.: Antibacterial and biological characteristics of silver containing and strontium doped plasma sprayed hydroxyapatite coatings. Acta Biomaterialia 8 (2012) 3144-3152.
• [20] Lima E., Guerra R., Lara V., Guzman A.: Gold nanoparticles as efficient antimicrobial agents for E.coli and Salmonella typhi. Chemistry Central Journal 7 (2013) 11-17.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.