é universalmente conhecida que nanopartículas de óxido de zinco são antibacteriano e inibir o crescimento de microorganismos por permeado para a membrana celular. O estresse oxidativo danifica lípidos, carboidratos, proteínas e DNA . A peroxidação lipídica é obviamente a mais crucial que leva à alteração na membrana celular que eventualmente perturba as funções celulares vitais ., Tem sido apoiado por um mecanismo de stress oxidativo que envolve nanopartículas de óxido de zinco em Escherichia coli . No entanto, para a suspensão de óxido de zinco a granel, foi sugerida a geração externa de H2O2 para descrever as propriedades anti-bacterianas . Além disso, a toxicidade das nanopartículas, libertando íons tóxicos, foi considerada. Como o óxido de zinco é de natureza anfotérica, reage com ácidos e álcalis dando íons Zn2+.,
O livre Zn2+ íons imediatamente ligar-se com o biomoléculas, como proteínas e hidratos de carbono, e todas as funções vitais das bactérias não continuar. A toxicidade do óxido de zinco, nanopartículas de zinco e ZnSO4·7H2O foi testada (Tabela 1) contra Vibrio fischeri. Verificou-se que o ZnSO4·7H2O é seis vezes mais tóxico do que as nanopartículas de óxido de zinco e o óxido de zinco., As nanopartículas são realmente dispersas no solvente, não dissolvidas e, portanto, não podem libertar íons Zn2+. A biodisponibilidade dos iões Zn2+ nem sempre é 100% e pode invariavelmente mudar com pH fisiológico, potencial redox, e os aniões associados a ele, como Cl− ou SO42−.
a Solubilidade do óxido de zinco (1.6–5.,0 mg / L) em meio aquoso é superior à nanopartículas de óxido de zinco (0, 3–3, 6 mg/L) no mesmo meio tóxico para as algas e crustáceos. Tanto o óxido de nano-zinco como o óxido de zinco a granel são 40-80 vezes menos tóxicos do que o ZnSO4 contra V. fischeri. A maior atividade antibacteriana de ZnSO4 é diretamente proporcional à sua solubilidade liberação de Zn2+ íons, que tem maior mobilidade e maior afinidade para biomoléculas na célula bacteriana, devido à carga positiva sobre o Zn2+ e carga negativa sobre as biomoléculas.,
Desde óxido de zinco e seus nanopartículas têm limitada solubilidade, elas são menos tóxicas para os micróbios do que altamente solúvel ZnSO4·7H2O. No entanto, ele não é essencial para nanopartículas de óxido de metal para introduzir a célula bacteriana para causar toxicidade . O contacto entre as nanopartículas e a parede celular é suficiente para causar toxicidade., Se estiver correto, então grandes quantidades de nanopartículas metálicas são necessárias para que as células bacterianas sejam completamente envolvidas e protegidas de seu ambiente, não deixando nenhuma chance para que a nutrição seja absorvida para continuar o processo de vida. Uma vez que as nanopartículas e os iões metálicos são menores que as células bacterianas, é mais provável que perturbem a membrana celular e inibam o seu crescimento.
vários óxidos metálicos nanosizados, tais como ZnO, CuO, Al2O3, La2O3, Fe2O3, SnO2 e TiO2, demonstraram ter a maior toxicidade contra E. coli ., Nanopartículas de óxido de zinco são usadas externamente para o tratamento de infecções bacterianas leves, mas o íon de zinco é um elemento essencial para alguns vírus e seres humanos que aumentam a atividade enzimática da integrase viral . Foi também apoiado por um aumento de 69, 6% da necrose pancreática infecciosa, quando tratado com 10 mg/L de Zn . Pode ser devido a maior solubilidade dos íons Zn em relação ao ZnO sozinho. As imagens SEM e MET demonstraram que as nanopartículas de óxido de zinco danificam a parede celular bacteriana e aumentam a permeabilidade, seguindo-se a sua acumulação em E., coli impedindo a sua multiplicação .no passado recente, foi investigada a actividade antibacteriana da nanopartícula de óxido de zinco contra quatro bactérias gram-positivas e gram-negativas conhecidas, nomeadamente Staphylococcus aureus, E. coli, Salmonella typhimurium e Klebsiella pneumoniae. Observou-se que a dose inibidora do crescimento das nanopartículas de óxido de zinco foi de 15 µg/ml, embora no caso de K. pneumoniae tenha sido tão baixa como 5 µg/ml . Tem-se observado que com o aumento da concentração de nanopartículas, a inibição do crescimento de micróbios aumenta., Quando foram incubados durante um período de 4-5 h com uma concentração máxima de nanopartículas de óxido de zinco de 45 µg/ml, o crescimento foi fortemente inibido. Espera-se que, se o tempo de incubação for aumentado, a inibição do crescimento também aumentaria sem grande alteração no mecanismo de ação .foi relatado que as nanopartículas de óxido metálico danificam primeiro a membrana celular bacteriana e depois permeam-na . Também foi proposto que a libertação de H2O2 pode ser uma alternativa à atividade anti-bacteriana ., Esta proposta, no entanto, exige provas experimentais porque a mera presença de nanopartículas de óxido de zinco não é suficiente para produzir H2O2. Nanopartículas de zinco ou nanopartículas de óxido de zinco com uma concentração extremamente baixa não podem causar toxicidade no sistema humano. A ingestão diária de zinco através dos alimentos é necessária para realizar as funções metabólicas regulares. O óxido de zinco é conhecido por proteger o estômago e o tracto intestinal de danos causados por E. coli . O pH no estômago varia entre 2 a 5, e, portanto, óxido de zinco no estômago pode reagir com ácido para produzir íons Zn2+., Eles podem ajudar na ativação da enzima carboxi peptidase, anidrase carbônica, e álcool desidrogenase que ajudam na digestão de carboidrato e álcool. Premanathan et al. relataram a toxicidade das nanopartículas de óxido de zinco contra as células procarióticas e eucarióticas. Verificou-se que a MIC de nanopartículas de óxido de zinco contra E. coli, Pseudomonas aeruginosa e S. aureus era de 500 e 125 µg/ml, respectivamente. Foram propostos dois mecanismos de Acção para a toxicidade das nanopartículas de óxido de zinco, nomeadamente (1) Geração de ROS e (2) indução da apoptose., Nanopartículas de óxido metálico induzem a produção de SRO e colocam as células sob stress oxidativo causando danos aos componentes celulares, ou seja, lípidos, proteínas e DNA . Nanopartículas de óxido de zinco, portanto, induzem toxicidade através da apoptose. São relativamente mais tóxicas para as células cancerígenas do que as células normais, embora não possam distinguir entre elas.recentemente, Pati et al. demonstraram que as nanopartículas de óxido de zinco perturbam a integridade da membrana celular bacteriana, reduzem a hidrofobicidade da superfície celular e reduzem a transcrição de genes de resistência ao stress oxidativo em bactérias., Eles aumentam a matança bacteriana intracelular induzindo a produção de ROS. Estas nanopartículas interrompem a formação de biofilmes e inibem a hemólise pela toxina hemolisina produzida por agentes patogénicos. Verificou-se que a administração intradérmica de nanopartículas de óxido de zinco reduz significativamente a infecção da pele e a inflamação nos ratinhos e também melhorou a arquitectura da pele infectada.a solubilidade e a actividade dependente da concentração de nanopartículas de óxido de zinco (nanopartículas) e nanopartículas de óxido de zinco (nanopartículas) foram também utilizadas como suporte para o tratamento da infecção bacteriana ., Uma vez que as nanopartículas de óxido de zinco até uma concentração de 100 µg/ml são inofensivas para as células normais do corpo, elas podem ser usadas como uma alternativa aos antibióticos. Verificou-se que 90% colônias de bactérias morreram após expô-los a uma dose de 500-1000 µg/ml de nanopartículas de óxido de zinco apenas por 6 h. Mesmo a droga-resistentes de S. aureus, Mycobacterium smegmatis, e Mycobacterium bovis quando tratados com nanopartículas de óxido de zinco em combinação com uma dose baixa de medicamentos anti-tuberculose, a rifampicina (de 0,7 µg/ml), uma redução significativa em seu processo de crescimento foi observada., Estes agentes patogénicos foram completamente destruídos quando incubados durante 24 h com 1000 µg/ml de nanopartículas de óxido de zinco. Conclui-se, portanto, que se a mesma dose for repetida, o doente com tais doenças infecciosas pode ser completamente curado. Observou-se também que a dimensão das nanopartículas de óxido de zinco entre 50 e 500 nm tem um efeito idêntico na inibição do crescimento bacteriano.a citotoxicidade do óxido de zinco foi estudada por muitos investigadores numa variedade de micróbios e sistemas vegetais . A toxicidade das nanopartículas de óxido de zinco depende da concentração e da solubilidade., Foi demonstrado que a concentração máxima de exposição da suspensão de óxido de zinco (125 mg/l) liberta 6, 8 mg/l de Zn2+ iões. A toxicidade é um efeito combinado de nanopartículas de óxido de zinco e iões Zn2+ libertados no meio aquoso. Contudo, foi detectado um efeito mínimo dos iões metálicos, o que sugere que a inibição do crescimento bacteriano se deve principalmente à interacção das nanopartículas de óxido de zinco com os microrganismos. O efeito citotóxico de uma dada nanopartícula de óxido metálico é sensível às espécies, o que se reflecte na zona de inibição do crescimento de várias bactérias .,foi sugerido que a inibição do crescimento das células bacterianas ocorre principalmente por iões Zn2+ que são produzidos pela dissolução extracelular das nanopartículas de óxido de zinco . Cho et al. concluíram, a partir dos seus estudos em ratos, que as nanopartículas de óxido de zinco permanecem intactas em torno de pH neutro ou biológico, mas rapidamente se dissolvem em condições ácidas (pH 4.5) no lisossoma dos micróbios, levando à sua morte. Isto é verdade porque em estado ácido, o óxido de zinco dissolve-se e os iões Zn2+ são produzidos, que se ligam às biomoléculas dentro da célula bacteriana inibindo o seu crescimento.,
As nanopartículas de óxido de zinco tem sido mostrado para ser citotóxicos para diferentes imunológica primária-competente células. A análise transcriptómica mostrou que as nanopartículas tinham uma assinatura genética comum com a regulação dos genes da metalotioneína atribuída à dissolução das nanopartículas ., No entanto, não foi possível determinar se o zinco absorvido era Zn2+ ou óxido de zinco ou ambos, embora pequenas nanopartículas de óxido de zinco tenham maior concentração no sangue do que as maiores (19 e > 100 nm). A eficiência das nanopartículas de óxido de zinco depende principalmente do meio de reação para formar Zn2+ e sua penetração na célula.Chiang et al. relataram que a dissociação das nanopartículas de óxido de zinco resulta na destruição da homeostase celular da Zn., As propriedades características das nanopartículas e o seu impacto nas funções biológicas são totalmente diferentes das do material a granel . A agregação das nanopartículas influencia a citotoxicidade dos macrófagos e a sua concentração ajuda na modulação da agregação das nanopartículas. A baixa concentração de nanopartículas de óxido de zinco é ineficaz, mas a uma concentração mais elevada (100 µg/ml), apresentaram citotoxicidade que varia de um agente patogénico para outro.a utilização inadvertida de nanopartículas de óxido de zinco pode, em algum momento, afectar negativamente o sistema vivo., Foi estudada a sua apoptose e potencial genotóxico nas células hepáticas humanas e toxicidade celular. Verificou-se que ocorre uma diminuição da viabilidade das células hepáticas quando estas são expostas a 14-20 µg/ml de nanopartículas de óxido de zinco durante 12 h. também induziu danos ao ADN por stress oxidativo. Sawai et al. demonstraram que a geração ROS é directamente proporcional à concentração de óxido de zinco em pó. A ROS despoletou uma diminuição do potencial da membrana mitocôndria que levou à apoptose . A absorção celular das nanopartículas não é obrigatória para a citotoxicidade.,num estudo, Azam et al. comunicaram que a actividade antimicrobiana contra ambas as bactérias gram-negativo (E. coli e P. aeruginosa) e gram-positiva (S. e Bacillus subtilis) aumentou com o aumento da razão superfície-volume devido a uma diminuição da dimensão das partículas de nanopartículas de óxido de zinco. Além disso, neste inquérito, as nanopartículas de óxido de zinco demonstraram uma inibição do crescimento bacteriano máxima (25 mm) contra B. subtilis (Fig. 1).
a atividade anti-bacteriana e/ou zona de inibição produzidos por nanopartículas de óxido de zinco contra bactérias gram-positivas e gram-negativas estirpes bacterianas ou seja, uma Escherichia coli, b Staphylococcus aureus, c Pseudomonas aeruginosa, e d Bacillus subtilis
Ele tem sido relatado que o menor tamanho de nanopartículas de óxido de zinco apresenta maior atividade antibacteriana de microescala partículas . Por exemplo, nanopartículas Au55 de 1.,Demonstrou-se que a dimensão dos 4 nm interage com as principais ranhuras do ADN, o que explica a sua toxicidade . Embora tenham sido comunicados resultados contraditórios, muitos trabalhadores mostraram efeito positivo das nanopartículas de óxido de zinco nas células bacterianas. No entanto, Brayner et al. a partir de imagens GDT têm mostrado que nanopartículas de óxido de zinco de 10-14 nm foram internalizadas (quando expostas a micróbios) e danificou a membrana celular bacteriana. É igualmente essencial que as nanopartículas de zinco/óxido de zinco não sejam tóxicas para o ser humano, uma vez que são tóxicas para as células T acima de 5 mM e para as células neuroblastomas acima de 1,2 mM ., Nair et al. exploraram exclusivamente o efeito de dimensão das nanopartículas de óxido de zinco sobre a toxicidade bacteriana e celular humana. Estudaram a influência das nanopartículas de óxido de zinco nas bactérias gram-positivas e gram-negativas e nas linhagens celulares de cancro osteoblastos (MG-63).sabe-se que a actividade antibacteriana da nanopartícula de óxido de zinco é inversamente proporcional ao seu tamanho e directamente proporcional à sua concentração . Também foi notado que não requer luz UV para ativação; funciona sob a luz solar normal ou mesmo difusa., A actividade citotóxica pode envolver tanto a produção de ROS como a acumulação de nanopartículas no citoplasma ou na membrana celular externa. No entanto, a produção de H2O2 e o seu envolvimento na activação das nanopartículas não podem ser ignorados. Raghupathi et al. têm nanopartículas de óxido de zinco sintetizadas a partir de diferentes sais de zinco e observaram que as nanopartículas obtidas a partir da Zn (NO3) 2 eram menores em tamanho (12 nm) e maiores em área de superfície (90.4). Autores têm mostrado que a inibição do crescimento de S. aureus em uma concentração de 6 mM de nanopartículas de óxido de zinco é dependente do tamanho., Também foi indicado, a partir da determinação celular viável durante a exposição das células bacterianas às nanopartículas de óxido de zinco, que o número de células recuperadas diminuiu significativamente com a diminuição da dimensão das nanopartículas de óxido de zinco. Jones et al. mostraram que nanopartículas de óxido de zinco de 8 nm de diâmetro inibiram o crescimento de S. aureus, E. coli e B. subtilis. Foram seleccionadas nanopartículas de óxido de zinco entre 12 e 307 nm e confirmou-se a relação entre a actividade antibacteriana e o seu tamanho., Sua toxicidade para os microrganismos tem sido relacionado com a formação de Zn2+ íons de óxido de zinco quando ele é suspenso em água e também, em certa medida, para uma ligeira mudança no pH. Desde Zn2+ íons são mal lançado a partir de nanopartículas de óxido de zinco, a atividade antibacteriana é principalmente devido à menor nanopartículas de óxido de zinco. Quando o tamanho é de 12 nm, inibe o crescimento de S. aureus, mas quando o tamanho excede 100 nm, o efeito inibitório é mínimo .,nanopartículas de óxido de zinco (nanopartículas de óxido de zinco), Forma, composição e citotoxicidade demonstraram citotoxicidade de forma dependente da concentração e tipo de células expostas devido a sensibilidade diferente . Sahu et al. ter destacado a diferença de citotoxicidade entre o tamanho das partículas e a sensibilidade diferente das células em relação às partículas da mesma composição. Num outro estudo recente, Ng et al. examinou a citotoxicidade dependente da concentração nas células MRC5 pulmonares humanas., Autores relataram a absorção e internalização de nanopartículas de óxido de zinco nas células mrc5 do pulmão humano através da investigação GDT. Estas partículas foram notadas no citoplasma das células na forma de aglomerados densos de elétrons, que são ainda observados como sendo fechados por vesículas, enquanto nanopartículas de óxido de zinco não foram encontradas em células de controle não tratadas. Papavlassopoulos et al. ter sintetizado óxido de zinco nanopartículas de nanopartículas por uma rota inteiramente nova conhecida como”Flame transport synthesis approach”., Os tetrápodes têm morfologia diferente em comparação com as nanopartículas de óxido de zinco sintetizadas convencionalmente. A sua interacção in vitro com células fibroblastas de mamíferos indicou que a sua toxicidade é significativamente inferior à das nanopartículas esféricas de óxido de zinco. Tetrápodes exibiam estrutura de cristal de wurtzite hexagonal com Zn2+ e O2− ions alternados com geometria tridimensional. Bloqueiam a entrada de vírus nas células vivas, o que é ainda mais melhorado, iluminando-as precisamente com radiação UV., Uma vez que os tetrápodes de óxido de zinco têm vagas de oxigênio em sua estrutura, os vírus Herpes simplex são ligados através de sulfato de heparano e negado a entrada nas células do corpo. Assim, previnem in vitro a infecção HSV-1 e HSV-2. Os tetrápodes de óxido de zinco podem, portanto, ser utilizados como agente profiláctico contra estas infecções virais. A citotoxicidade das nanopartículas de óxido de zinco depende também da taxa de proliferação das células de mamíferos . A reatividade da superfície e a toxicidade também podem ser variadas, controlando a vaga de oxigênio em tetrápodes de óxido de zinco., Quando são expostos à luz UV, a falta de oxigénio nos tetrápodes é rapidamente aumentada. Alternativamente, a oferta de oxigênio pode ser diminuída aquecendo-os em um ambiente rico em oxigênio. Assim, é a propriedade única dos tetrápodes de óxido de zinco que pode ser alterado à vontade que, consequentemente, alterar a sua eficiência antimicrobiana.estudos em animais indicaram um aumento da inflamação pulmonar, stress oxidativo, etc. exposição respiratória a nanopartículas . Yang et al., investigaram a citotoxicidade, genotoxicidade e stress oxidativo das nanopartículas de óxido de zinco nas células fibroblastas primárias do embrião de ratinho. Observou-se que as nanopartículas de óxido de zinco induziram uma citotoxicidade significativamente maior do que a induzida pelas nanopartículas de carbono e SiO2. Foi ainda confirmado pela medição da depleção de glutationa, produção de malondialdeído, inibição da superóxido dismutase e geração ROS. Os potenciais efeitos citotóxicos de diferentes nanopartículas foram atribuídos à sua forma.,muitas infecções bacterianas são transmitidas por contacto com maçanetas de portas, placas-chave, Torneiras de água, banheiras e telefones; portanto, é essencial desenvolver e revestir tais superfícies com substâncias antibacterianas avançadas baratas para que o seu crescimento seja inibido. É importante utilizar tais concentrações de substâncias antibacterianas que possam matar os agentes patogénicos, mas poupem os seres humanos. Isso só pode acontecer se forem revestidos com um polímero hidrofílico biocompatível de baixo custo. Schwartz et al., notificaram a preparação de um novo hidrogel de material composto antimicrobiano misturando um poli (N-isopropilacrilamida) biocompatível com nanopartículas de óxido de zinco. A imagem SEM do filme composto mostrou uma distribuição uniforme de nanopartículas de óxido de zinco. Demonstrou actividade antibacteriana contra E. coli a uma concentração muito baixa de óxido de zinco (1,33 mM). Além disso, o revestimento foi encontrado não tóxico para a linha celular de mamíferos (N1H/3T3) por um período de 1 semana. Óxido de zinco/nanocomposite de hidrogel podem ser usados com segurança como revestimento biomédico para evitar que as pessoas contraam infecções bacterianas.,embora as nanopartículas de óxido de zinco sejam estáveis, foram ainda estabilizadas através do seu revestimento com diferentes polímeros tais como polivinil pirolidona (PVP), poli (α, γ, L-ácido glutâmico) (PGA), polietilenoglicol (PEG), quitosano e dextrano . A actividade antibacteriana das nanopartículas de óxido de zinco geneticamente modificadas foi examinada contra agentes patogénicos gram-negativos e gram-positivos, nomeadamente E. coli e S. aureus e comparada com o pó comercial de óxido de zinco., As nanopartículas de óxido de zinco esférico revestidas com polímero revelaram a destruição das células bacterianas máxima em comparação com o pó de óxido de zinco a granel . Uma vez que as nanopartículas revestidas com polímeros são menos tóxicas devido à sua baixa solubilidade e libertação prolongada, a sua citotoxicidade pode ser controlada através do seu revestimento com um polímero adequado.
efeito da dimensão e Forma Das partículas de nanopartículas revestidas de polímeros na actividade antibacteriana
E. coli e S. aureus expostos a diferentes concentrações de nanopartículas de óxido de zinco revestidas de poli (PEG) (1-7 mM) de diferentes dimensões (401 nm–1.,2 µm) demonstrou que a actividade antimicrobiana aumenta com a diminuição da dimensão e o aumento da concentração de nanopartículas. No entanto, a concentração efectiva em todos estes casos foi superior a 5 mM. ocorre uma mudança drástica na morfologia celular da superfície de E. coli que pode ser visto a partir das imagens SEM de bactérias antes e após a sua exposição a nanopartículas de óxido de zinco . Foi bem demonstrado por Nair et al. que as partículas de óxido de zinco com cobertura PEG e os nanorods de óxido de zinco são tóxicos para as células cancerígenas osteoblastas humanas (MG-63) a concentrações superiores a 100 µM., As nanorodas/nanopartículas revestidas com amido de PEG não danificam as células saudáveis.In Vivo E In Vitro, actividade antimicrobiana para o tratamento de feridas de todos os materiais naturais e sintéticos para o tratamento de feridas, as ligaduras microporosas do hidrogel de quitosano, misturadas com nanopartículas de óxido de zinco, desenvolvidas por Kumar et al. são altamente eficazes no tratamento de queimaduras, feridas e úlceras diabéticas no pé. As nanopartículas de aproximadamente 70-120 nm são dispersas na superfície do penso. Os produtos de degradação do quitosano foram identificados como d-glucosamina e glicosamina glican., Eles são não-tóxicos para as células Porque já estão presentes em nosso corpo para a cura de lesões. A ferida contém geralmente P. aeruginosa, S. intermedicus e S. hyicus que também foram identificados a partir do esfregaço da ferida de ratos e tratados com sucesso com ligadura de óxido de zinco de quitosano em cerca de 3 semanas .
efeito da dopagem na toxicidade das nanopartículas de óxido de zinco
dopagem das nanopartículas de óxido de zinco com ferro reduz a toxicidade. A concentração de nanopartículas de Zn2+ e óxido de zinco é também um fator importante para a toxicidade., A concentração que reduziu a viabilidade de 50% em células microbianas expostas ao óxido de zinco nano e microssize está muito próxima da concentração de Zn2+ que induziu uma redução de 50% na viabilidade em células tratadas com Zn2+.o revestimento de nanopartículas de óxido de zinco com trimetoxissilano de mercaptopropilo ou SiO2 reduz a sua citotoxicidade . Pelo contrário, Gilbert et al. demonstrou que nas células BEAS-2B, a absorção de nanopartículas de óxido de zinco é o principal mecanismo de acumulação de zinco., Além disso, eles sugeriram que nanopartículas de óxido de zinco dissolvem completamente gerando íons Zn2+ que estão ligados a biomoléculas das células alvo. No entanto, a toxicidade das nanopartículas de óxido de zinco depende da absorção e da sua interacção subsequente com as células alvo.
