مقدمه
نانوتکنولوژی عبارت از شناخت، تولید و کاربرد مواد در ابعاد کوچکتر از هزار نانومتر در مقیاس اتمی، مولکولی و ماکرومولکولی است. مطالعات نشان داده است که هرچه اندازه نانوذرات کوچکتر باشد، خصوصیات و فعالیتهای متفاوتتری نشان میدهند. این ویژگیها باعث گسترش سریع استفاده از نانومواد شده، به شکلی که کاربرد آن در بسیاری از جنبههای زندگی مانند سیستمهای الکترونیکی، کنترل میکروبی و تشخیص و درمان بیماریها شناخته شده است [
1].
نانوذرات نقره، خوشههایی از اتمهای نقره هستند که اندازه آنها یک تا صد نانومتر است. ویژگیهای نقره در اندازه نانو با خواص این عنصر در اندازه حجیم بسیار متمایز است. ویژگیهای فیزیکی، نوری، حرارتی، شیمیایی، الکتریکی، مکانیکی و زیستی در نانوذرات نقره منحصر به فرد است. در حالی که در نقره با اندازه حجیم نسبت سطح به حجم بسیار کم بوده، انحلال آن آهسته و توانایی جذب به داخل سلول را وجود ندارد. خواص نانوذرات نقره به عواملی مانند خواص سطحی، شکل، توزیع اندازه ترکیب و پوشش ذرات بستگی دارد [
2].
استفاده از نانو نقره با مواد مختلف مانند الیافها، رنگها، پلیمرها و سرامیکها ما را قادر میسازد محصولی تولید کنیم که باعث میشود محیط زیست ما از میکروب خلاص نشود، در حالی که به محیط زیست آسیب نمیرساند. این، یکی از مهمترین کاربردهای نانوذرات نقره در پزشکی است.
پیشبینی میشود این نانوذرات با کنترل فعالیت عوامل بیماریزا نقش مهمی در پزشکی آینده و درمان بیماریهای صعبالعلاج داشته باشند. نانوذرات نقره خاصیت میکروبکُشی دارند به حدی که میتوان از آن برای بهبود جراحات و عفونتها استفاده کرد. علاوه بر این، نقره در ابعاد نانومتری بر متابولیسم، تنفس و تولید مثل میکروارگانیسمها اثر میگذارد [
1]؛ بنابراین هدف از این مقاله مروری ارائه بررسی خلاصهای از مکانیسمهای کاربردی ضدمیکروبی نانوذرات نقره در شکل، اندازه و غلظتهای گوناگون روی سلولهای موجودات مختلف است.
مواد و روشها
برای گردآوری و جمعبندی اطلاعات از پایگاههای اطلاعاتی آیاسسی، اسکوپوس، وب ساینس، آیاسآی، پابمد و گوگل اسکالر استفاده شد. مقالات پژوهشی و مروری با استفاده از الگوی MeSH عبارت بودند از: قارچ، ویروس، باکتری، خواص ضدمیکروبی و نانوذرات نقره.
یافتهها
تعداد سی مقاله از پایگاههای اطلاعاتی استخراج و برای نگارش این مطالعه مروری استفاده شد.
مکانیسم مولکولی تأثیرات ضدمیکروبی نانوذرات نقره
نقره روی طیف وسیعی از میکروارگانیسمها، مانند قارچها، پروتوزوآها، باکتریهای گرم مثبت و گرم منفی و برخی ویروسها اثر ضدمیکروبی دارد. علاوه بر این، نقره از ثبات حرارتی بالا و نوسانات کمی برخوردار است؛ بنابراین میتواند شرایط سخت فرایند آمادهسازی را به خوبی تحمل کند. دالاس و دیگران در سال 2011 در یک مقاله مروری به سه مکانیسمی که به طور معمول توسط محققان مختلف پیشنهاد شده، اشاره کردهاند: 1- تجزیه تدریجی دیانای و مهار رونویسی و تولید ATP توسط یونهای نقره، 2- آسیب مستقیم به غشای سلولی و 3- ایجاد رادیکالهای اکسیژن فعال توسط نانوذرات نقره و یونهای نقره.
یونهای نقره میتوانند به گروههای دهنده الکترون مثل گوگرد، اکسیژن یا نیتروژن در مولکولهای زیستی متصل شوند (
تصویر شماره 1).
.jpg)
برهمکنش یونهای نقره با گروه تیول پروتئینها میتواند سبب غیرفعال شدن آنزیمهای باکتریایی شود. این عمل باعث دناتوراسیون پروتئینها و عدم کارایی زیستی آنها میشود [
3].
برخی محققان آزادسازی یونهای نقره را برای اعمال اثر ضدمیکروبی ضروری میدانند، اما لیو و همکاران در سال 2018 گزارش کردهاند که از بین هیدروژلهای پلی وینیل الکل و پلی وینیل پیرولیدون حاوی نانوذرات نقره، نانوذرات نقره میتوانند تنها از طریق تماس سطحی روی باکتریهای اشرشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس اثر ضدمیکروبی داشته باشند [
2].
نقش و همکاران در سال 1391 در پژوهش خود دلیل اثرات نانوذرات نقره روی باکتری اشرشیاکلی با وجود مقاومت دیوارهای را به کوچک بودن قطر یونهای نقره (چهار نانومتر و کروی شکل) و درنتیجه نفوذپذیری بیشتر این نانوذرات نسبت دادند. همچنین دگرگون ساختن میکروارگانیسم به وسیله تبدیل پیوندهای SH به SA-g صورت میگیرد، که نتیجه آن از بین رفتن میکروارگانیسم است؛ بنابراین در مورد جنبه نوآوری پژوهش نقش و همکاران لازم به توضیح است که شکل نانوذره (کروی، ستارهای و میلهای) و اندازه آن در چگونگی اثرات فیزیولوژیک آن بر سلولهای زنده اثر میگذارد [
4].
ساختار دیواره سلولی باکتریها
طبق یافتههای برخی محققان، نانوذرات نقره با اندازه یک تا ده نانومتر در صورت متراکم نبودن و به هم چسبیدن، بیشترین اثر ضدمیکروبی را دارند. وجود دیواره سلولی از نظر تشکیل سلول، محافظت از سلول و غشای سلول، جلوگیری از پارگی سلول تحت فشار اسمزی و اتصال تاژک به سلول مهم است. این دیواره به دلیل ماهیت ساختاری نسبت به غشای پلاسمایی حساسیت کمتری دارد. به عبارت دیگر، نفوذپذیری دیواره سلول بسیار بیشتر از غشای پلاسما است و به راحتی در برابر نفوذ مواد غذایی و ورود و خروج مواد دیگر آسیبپذیر است [
5].
بسته به ساختار، ترکیبات و عملکردها، دیواره سلولی، باکتریها را به دو دسته اصلی گرم منفی و گرم مثبت میتوان تقسیم کرد. دیواره سلولی گرم مثبت از چندین لایه یکنواخت (50-20 نانومتر) پپتیدوگلیکان تشکیل شده است. علاوه بر آن، یک پلیساکارید اسیدی به نام تیکوئیک اسید در دیواره سلولی این باکتریها به دو صورت (متصل به غشای پلاسمایی) و (متصل به غشای پپتیدوگلیکان) به کار رفته که این پلی ساکارید مرکب از گلیسرول، ریبیتول و فسفات بوده و بار منفی دارد [
6].
نقش احتمالی نانوذرات نقره در تخریب دیواره سلولی این باکتریها، اختلال در تنظیم حرکت یونهای مثبت متصل به درون یا خارج از سلول، ایجاد اختلال در رشد و تنظیم فعالیت آنزیمهای اتولیزین است که خود به طور مستقیم در رشد دیواره سلول نقش دارند. در مقابل، دیواره سلولهای گرم منفی هم از نظر شیمیایی و هم از نظر ساختمانی پیچیدهتر است. به طور خاص، در باکتری گرم منفی دیواره سلولی شامل یک لایه بسیار نازک پپتیدوگلیکان به ضخامت سه نانومتر است.
به عبارت دیگر، این لایه تنها 5 تا 20 درصد دیواره سلولی را تشکیل میدهد و 80 درصد دیواره سلولی این گروه از باکتریها از لایههای دیگری به نام لیپوپلی ساکارید، فسفولیپیدها و لیپوپروتئینها است که همگی به صورت غشای بیرونی در قسمت خارجی لایه پپتیدوگلیکان قرار میگیرند (
تصویر شماره 1) [
5].
مکانیسمهای بیوشیمیایی نانوذرات نقره بر سلول
مکانیسم کاتالیستی
تولید اکسیژن فعال توسط نقره، این مکانیسم بیشتر در مورد کامپوزیتهای نانو نقرهای صدق میکند که روی پایههای نیمههادی مانند TiO2 یا SiO2 قرار گرفته میشود. در این وضعیت ذرات مانند یک پیل الکتروشیمیایی عمل میکنند و با اکسید کردن اتم اکسیژن، یون اکسیژن و با هیدرولیز کردن آب، یون –OH را تولید میکنند. هر دوی این عوامل، از قویترین عاملین ضدمیکروبی نیز هستند [
7].
مکانیسم یونی
دگرگون ساختن میکروارگانیسم به وسیله تبدیل پیوندهای –SH به –SAg است. در این مکانیسم ذرات نانو نقره فلزی به مرور زمان یونهای نقره از خود ساطع میکنند. این یونها طی واکنش جانشینی، –SH را در جداره میکروارگانیسم به باندهای –SAg تبدیل میکنند، که نتیجه واکنش، تخریب میکروارگانیسم است [
7].
نقش و همکاران در سال1391 به این نتیجه رسیدند که از آنجا که نانوذرات نقرهها به سطح غشای میکروبی متصل میشوند، میتوانند به سلولها نفوذ کرده و روی مولکولهای زیستی مهم و فعالیت سلولی تأثیر بگذارند. نانوذرات نقرهها میتوانند از طریق یک کانال پر آب به نام آکواپورین در غشای خارجی باکتریهای گرم منفی مانند اشرشیاکلی وارد سلولهای باکتری شوند [
4].
پس از نفوذ نانوذرات نقرهها به داخل سلولها، این نانوذرات با ساختارهای سلولی و مولکولهای زیستی مانند پروتئینها، لیپیدها و دیانای شروع به اتصال میکنند؛ بنابراین به ساختار داخلی باکتریها آسیب میرسانند. یونهای نقرهای که در محیط آزاد شدهاند به پروتئین با بار منفی متصل میشوند که پروتئین را از نظر ساختاری تغییر میدهد و درنهایت منجر به غیرفعالسازی پروتئینها میشود. نانوذرات نقرهها میتوانند با دیانای باکتریایی تعامل داشته و باعث دناتوراسیون دیانای شده و رشد سلولی میکروبها را قطع میکنند.
همچنین نانوذرات نقرهها میتوانند پایداری ساختار دیانای را از طریق دافعه الکترواستاتیک کاهش دهند، زیرا دیانای و نانوذرات نقره دارای بار قطبی یکسان هستند [
8]. سادون و دیگران نشان دادهاند که یونهای نقره میتوانند با دیانای ارتباط برقرار کنند؛ بنابراین با ایجاد ترکیب با دیانای دو رشتهای و شکستن پیوندهای هیدروژنی دیانای دورشته را به تکرشته تبدیل کنند [
9].
تصویر شماره 2 به طور کلی مکانیسم عملکرد نانوذرات نقره در برابر باکتریها را توضیح میدهد.
.jpg)
از آنجا که نانوذرات نقرهها به سطح غشای میکروبی متصل میشوند، میتوانند به سلولها نفوذ کرده و روی مولکولهای زیستی مهم و فعالیت سلولی تأثیر بگذارند. نانوذرات نقرهها میتوانند از طریق یک کانال پر از آب به نام پورین در غشای خارجی باکتریهای گرم منفی مانند اشرشیاکلی وارد سلولهای باکتری شوند.
پس از نفوذ نانوذرات نقرهها به داخل سلولها، این نانوذرات با ساختارهای سلولی و مولکولهای زیستی مانند پروتئینها، لیپیدها دیانای شروع به اتصال میکنند؛ بنابراین به ساختار داخلی باکتریها آسیب میرسانند. یونهای نقرهای که در محیط آزاد شدهاند به پروتئین با بار منفی متصل شده، پروتئین را از نظر ساختاری تغییر داده و درنهایت منجر به غیرفعالسازی پروتئینها میشوند [
9].
فعالیت ضدمیکروبی نانوذرات نقره
فعالیت ضدقارچی
رحیمزاده و همکاران در سال 1395 نشان دادند که نانوذرات نقره و طلای کروی با قطر ده نانومتر تا حدودی دارای فعالیت ضدقارچی علیه کاندیدا آلبیکنس هستند. از مجموع ایزولههای کاندیدا آلبیکنس شناسایی شده، تعداد 58 نمونه توسط نانوذرات نقره و نانوذرات طلا با قطر ده نانومتر مهار شدند. قطر منطقه بازدارنده بین 0-19 میلی متر بود.
نتایج حاصل از حداقل غلظت قارچکش و حداقل غلظت بازدارنده نیز این نتایج را تأیید کردند. با توجه به اینکه قطر هاله ممانعت از رشد در مورد سویه استاندارد کاندیدا آلبیکنس (1677- ATCC) و نانوذرات نقره جزء کوچکترین هالهها است، میتوان گفت سویه استاندارد کاندیدا آلبیکنس طی گذشت زمان بسیار مقاوم شده است، به طوری که نانوذرات نقره فعالیت مهاری کمی نسبت به قارچهای بالینی روی این سویه داشتند، درست برعکس نانوذرات طلا که تأثیر بیشتری داشتند [
10].
اصغری و همکاران در سال 1394 در مطالعه خود از تأثیر نانوذرات نقره با قطر ده نانومتر روی قارچهای بالینی کاندیدا آلبیکنس نشان دادند که این نانو ذرات در غلظت ppm 500 دارای اثر ضدقارچی بودند، اما این اثر کمتر از تأثیر فلوکونازول بود. در روش دیسک رقت ppm 500 رشد 36 نمونه از پنجاه نمونه قارچهای مزبور را مهار کرد و رقتهای بعدی اثر مهاری از خود نشان ندادند. قطر هاله عدم رشد در روش دیسک با رقت ppm 500، برای ایزولههای بالینی بین یازده تا پانزده میلیمتر بود. قطر هاله عدم رشد در مورد کاندیدا آلبیکنس استاندارد نیز یازده میلیمتر بود.
نتایج حاصل از MIC و MFC نیز این نتایج را تأیید کردند. با توجه به اینکه قطر هاله ممانعت از رشد در مورد سویه استاندارد کاندیدا آلبیکنس (1677- ATCC) و نانوذرات نقره جزء کوچکترین هالهها است، میتوان گفت سویه استاندارد کاندیدا آلبیکنس طی گذشت زمان بسیار مقاوم شده است، به طوری که نانوذرات نقره فعالیت مهاری کمی نسبت به قارچهای بالینی روی این سویه داشتند. نکته حائز اهمیت آن است که قطر هاله عدم رشد نانوذرات نقره در تمام نمونهها کمتر از داروی ضدقارچی فلوکونازول بود. این مسئله بیانگر فعالیت مهاری کم نانوذرات نقره در مقایسه با فلوکونازول است [
11].
اصغری و همکاران در سال 1394 به بررسی اثر ضدقارچی نانوذرات نقره روی عوامل مولد ولوواژینیت کاندیدایی در شرایط آزمایشگاهی پرداختند. نتایج نشان داد که از مجموع ایزولههای کاندیدا آلبیکنس شناساییشده (پنجاه نمونه)، تعداد 36 نمونه توسط نانوذرات نقره کروی با قطر ده نانومتر مهار شدند. قطر هاله ممانعت از رشد بین 15-0 میلیمتر به دست آمد. MIC نمونهها بین ppm 25/31– 125 و MFC نمونهها بین ppm 250-5/62 بود؛ بنابراین نانوذرات نقره کروی با قطر ده نانومتر تا حدودی دارای فعالیت ضدقارچی علیه کاندیدا آلبیکنس هستند. احتمال دارد در آینده پس از بررسی این نانوذرات بتوان در درمان عوامل مولد ولوواژینیت کاندیدایی از آنها استفاده کرد [
11].
نقش و همکاران در سال 1392 نشان دادند که تعداد کولونیهای قارچ آسپرژیلوس نیجر هشت روز بعد از تیمار از دویست عدد در گروه کنترل به 90، 75، 55 و 43 به ترتیب در گروه نانوذرات نقره به تنهایی در غلظت12/5، گروه نانوذرات نقره به تنهایی در غلظت ppm 50، گروه نانوذرات نقره در غلظت ppm 50 همراه با عصاره اتانولی اکالیپتوس و گروه عصاره 100 درصد اتانولی اکالیپتوس کاهش معناداری یافت (05/P<0).
تعداد کولونیهای قارچ آسپرژیلوس نیجر 24 روز بعد از تیمار از دویست عدد در گروه کنترل به 42، 14 و 2 به ترتیب در گروههای عصاره 100 درصد اتانولی اکالیپتوس، نانوذرات نقره در غلظت ppm 12/5 همراه با عصاره اتانولی اکالیپتوس و نانوذرات نقره در غلظت ppm 50 همراه با عصاره اتانولی اکالیپتوس کاهش آماری معناداری نشان داد (05/P<0).
نانوذرات نقره در غلظت ppm 50 به همراه عصاره اتانولی اکالیپتوس باعث کاهش تعداد کولونیهای قارچ آسپرژیلوس نیجر میشود. مکانیسم اثر ضدمیکروبی نانوذرات نقره روی قارچ آسپرژیلوس نایجر به دلیل ایجاد استرس اکسیداتیو و غیرفعالسازی سیستم آنتیاکسیدان سلولی است که منجر به کاهش گلوتاتیون، سوپراکسید دیسموتاز و کاتالاز میشود.
به طور کلی مکانیسمهای اختصاصی برای اثرات ضدقارچی نانوذرات نقره در مورد بیشتر قارچها صدق میکند. با توجه به اثبات اثرات نقره روی مرگ سلولهای لنفاوی سرطانی، احتمالاً در تحقیق حاضر نیز این نانوذرات با مکانیسم مشابهی با آزادسازی رادیکالهای آزاد ناشی از نانوذرات نقره به سلولهای قارچ حمله کرده و باعث دگرگونسازی میکروارگانیسم به وسیله تبدیل پیوندهای SH به S-Ag شدهاند [
12].
نقش و همکاران در سال 1392 اثرات ضدقارچی نانوذرات نقره با قطر چهار نانومتر علیه قارچ آسپرژیلوس فومیگاتوس بررسی کردند به این منظور روش قطره مستقیم انجام گرفت. نتایج حاصل از دادههای آماری نشان دادند که نانوذرات نقره در یک الگوی وابسته به دُز موجب کاهش تعداد و همچنین قطر کولونیهای این قارچ میشوند [
13].
کیم جان و همکاران در سال 2009 اثرات ضدقارچی نانوذرات نقره و نحوه عملکرد آن علیه ساکارومایسس سرویزیهو ترایچسپورون بایجلی را بررسی و ارزیابی کردند. نتایج حاصل از این مطالعه نشان داد که فعالیت ضدقارچی نانوذرات از طریق تخریب ساختار غشای سلول و مهار فرایند طبیعی جوانه زدن که منجر به نابودی یکپارچگی غشای سلول است، عمل میکند [
14].
فعالیت ضدباکتریایی
نقش و همکاران در سال 1391 نشان دادند که نانو نقره و اکالیپتوس اثرات همافزایی دارند. حداقل غلظت مهاری (MIC) برای نانو نقره و اکالیپتوس ppm 50 نشان داده شد. علاوه بر این، زمان مؤثر برای القای اثرات مهاری روی اشرشیاکلی سه روز پس از درمان با نانوذرات نقره بود. نشان داده شده است که اندازه و شکل ذرات نقش عمدهای در فعالیت ضدمیکروبی نانوذرات دارند. در این مورد، ذرات کوچک نسبت به ذرات بزرگ فعالیت ضدمیکروبی بیشتری از خود نشان میدهند. همچنین نشان داده شد که نانوذرات نقره 2/67 نانومتری محافظتشده توسط زنجیرههای پلیمری هیدروژل در مقایسه با نانوذرات نقره بزرگتر در شبکههای کامپوزیت دارای فعالیت ضدباکتریایی بیشتری هستند [
15].
دودی و همکاران در سال 1390 گزارش کردند که 140 (75/3 درصد) نمونه از باسیل گرم منفی مولد ESBLs بوده و 46 نمونه (24/7 درصد) باسیلهای گرم منفی غیر ESBL بودند. بیشترین نمونه آلوده باسیلهای گرم منفی دارای ESBL، مربوط به نمونههای عفونی ادرار و شایعترین باکتری جداسازیشده کلبسیلا پنمونیه بود.
تمام نمونهها نسبت به محلول نانو ذرات نقره با غلظت ppm 100 حساس بودند. انتروباکتر ائروژنز و (24 میلیمتر) و سودوموناس ائروژینوزا (23 میلیمتر) بالاترین قطر هاله عدم رشد را در حضور غلظت ppm 500 نانوذره نقره نشان دادند. نانوذره نقره میتواند اثر مهاری بر تمام باسیلهای گرم منفی مورد آزمون داشته باشد و با افزایش غلظت نانوذرات نقره، قطر هاله عدم رشد باسیلهای گرم منفی دارای ESBL نیز افزایش مییابد. با توجه به یافتههای حاصل از این تحقیق میتوان نتیجه گرفت که کاربرد نانوذرات نقره در شرایط Vitro In در مقادیر کم از رشد باسیلهای گرم منفی مولد ESBL جلوگیری میکند [
16].
نقش و همکاران در سال 1392 در مطالعه خود مناسبترین زمان اثر مهارکنندگی باکتری اشرشیاکلی شش روز بعد از تیمار در غلظت ppm 25 از نانوذرات نقره توأم با عصاره اتانولی اکالیپتوس بود. پس از گذشت 24، 48 و 72 ساعت و نیز در روزهای ششم و هشتم پس از تیمار، تغییری در میزان قطر هاله عدم رشد ایجاد نشد که نشان داد زمان اثر چندانی بر تغییر قطر هاله عدم رشد در این غلظت نداشته است.
اما در مورد غلظت ppm 50 این نتیجه به میزان بسیار کمی با سایر حالات در خصوص تغییر قطر هاله عدم رشد با گذشت زمان متفاوت بود. در مورد اثر متغیر غلظتهای مختلف نتایج حاصله حاکی از آن است که در غلظت ppm 25 ترکیبی نانوذرات و عصاره اتانولی اکالیپتوس، میزان قطر هاله عدم رشد نسبت به حالت منفرد (mm 0/83) ثبت شد [
17].
اسکارسگا- گونزالز در سال 2018 نشان دادند که نانوذرات نقره با توزیع اندازه باریک کروی هستند. نانوذرات نقره فعالیت ضدمیکروبی را در شرایط آزمایشگاهی علیه باکتریهای گرم منفی اشریشیا کلی، سودوموناس آئروژینوزا و یک سویه کلینیکی مقاوم به دارو نشان میدهند. باکتریهای گرم مثبت باسیلوس سوبتیلیس همچنین، اثرات ضدمیکروبی نانوذرات نقره ضدقارچ p.aeruginosa در یک مدل آلودگی پوستی موش تست شد.
نتایج نشان داد که نانوذرات نقره گزارششده در این تحقیق قادر به حذف باکتریهای مقاوم به بیماریزا در یک عفونت در بدن است. همچنین پروفایلهای پوست، کبد و کلیه در مدل آلودگی موشی مشاهده شد و نتایج نشان داد که نانوذرات نقره میتوانند به عنوان عوامل درمانی در مدلهای حیوانی مورد استفاده قرار گیرند. نانوذرات نقره با استفاده از روشهای شیمی سنتز سبز به عنوان عوامل درمانی در مقابله با عفونتهای ناشی از سویههای مقاوم به کار برده شوند [
18].
لانگ و همکاران در سال 2017 مکانیسم ضدباکتریایی نانوذرات نقره را علیه باکتری اشریشیاکلی به عنوان یک موجود مدل گزارش کردند. نتایج نشان داد که پس از دو ساعت از تیمار باکتری با صد میکروگرم بر میلیلیتر نانوذرات نقره نشت پروتئین و قند از سلول باکتری مشاهده شد. همچنین آنالیز پروتئومیکس نشان داد که حتی پس از مدت زمان کوتاه تیمار باکتری با نانوذره نقره تغییر در بیان یک سری از پروتئینهای شوک حرارتی و پروتئینهای پوششی سلول باکتری مشاهده شد.
بنابراین این ذرات میتوانند به درون غشا وارد شده و منجر به تخریب غشای باکتری شوند. همچنین نانوذرات نقره میتواند باعث کاهش چشمگیر در پتاسیم درون سلول شود. درنتیجه نانوذره نقره سطح ATP را کاهش دهد. هدف مولکولی احتمالی نانوذره نقره گروههای تیول پروتئین میتواند باشد (بهویژه آنزیمهای تنفسی) همچنین جایگاه عملکرد نانوذره نقره بخش فسفولیپید غشای سلول باکتری است [
19].
بر اساس تحقیقات انجامشده توسط کیم و همکاران در سال 2007 فعالیت ضدمیکروبی نانوذرات نقره علیه باکتری اشریشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس و مخمر ارزیابی شد. پس از تیمار این میکروارگانیسمها با نانوذرات فوق مشاهده شد که مخمر و اشریشیاکلی در غلظتهای پایین مهار شده، در حالی که اثرات مهاری بر باکتری گرم مثبت استافیلوکوکوس اورئوس در حد متوسط است [
20].
مزایای نانوذرات نقره نسبت به آنتیبیوتیکها
در واقع نانوذرات نقره در مقایسه با آنتیبیوتیکهای نقره مزیتهای بیشتری دارند و همین مسئله سبب شده که استفاده از آنها در درمان بیماریهای با منشأ میکروبی رو به افزایش باشد. برخی از مهمترین مزیتهای نانوذرات نقره در مقایسه آنتیبیوتیکها شامل موارد زیر است: 1- باکتریها به نانوذرات نقره مقاومت پیدا نمیکنند، زیرا نانوذرات نقره روی قسمتهای مختلف و آنزیمهای متعددی تأثیر میگذارند. 2- نانوذرات نقره روی طیف وسیعی از باکتریها مؤثر هستند. 3- نانوذرات نقره در برخی اشکال و غلظتها روی سلولهای انسانی اثر سمی ندارند. 4- برخلاف آنتیبیوتیکها که پس از واکنش با سلول تغییر یافته و بیاثر میشوند، نانوذرات نقره پس از اثر بر میکروبها آزاد شده و بر میکروارگانیسمهای دیگر نیز تأثیر میگذارند. 5- این نانوذرات در برخی غلظتها و اشکال برای سلولهای بیولوژیک غیرحساسیتزا و غیرمحرک هستند [
20].
بررسی تأثیرات نانوذرات نقره روی بافتهای مختلف موشهای صحرایی
نقش و همکاران در سال 1391 به بررسی تأثیر نانوذرات نقره بر فعالیت آنزیم لاکتات دهیدروژناز و تغییرات بافت قلب در موشهای صحرایی نر نژاد ویستار پرداختند. نتایج نشان داد که غلظتهای مختلف نانوذرات نقره روی مقدار آنزیم لاکتات دهیدروژناز تأثیر معناداری ندارد (0/192≥P) تغییرات بافتی در دُز ppm 400 از نانوذرات نقره در مقایسه با گروه کنترل احتمالاً نشاندهنده شروع روند آپوپتوز است. در این مطالعه، تغییر معناداری در میزان فعالیت آنزیم لاکتات دهیدروژناز در این غلظتها ایجاد نشد که حاکی از ایمن بودن این نانوذره برای فعالیت آنزیم مزبور است. با توجه به شباهت فیزیولوژیک موش و انسان، از نتایج حاصل میتوان برای جلوگیری از آسیبهای قلبی انسان هنگام استفاده از نانوذرات نقره استفاده کرد [
21].
خدادادی و همکاران در سال 1391 به بررسی تأثیر نانوذرات نقره بر میزان تغییر آنزیم آلکالن فسفاتاز و بافت کبد در موشهای صحرایی نر پرداختند. نتایج نشان داد که غلظتهای مختلف نانوذرات نقره بر مقدار آنزیم آلکالن فسفاتاز تأثیر معنادار ندارد (0/705≥P). به علاوه تغییرات بافتی در دُز ppm 400 از نانوذرات نقره در مقایسه با گروه کنترل دیده شد؛ بنابراین ایمن بودن این نانوذره در شرایط فوق برای فعالیت آنزیم یادشده است. نتایج هیستولوژیک در غلظت ppm 400 از نانوذرات نقره احتمالاً نشاندهنده ایجاد آپوپتوز در بافت کبد است. با توجه به شباهت فیزیولوژیک موش و انسان از تعمیم نتایج این مطالعه میتوان در زمینه جلوگیری از عوارض استفاده از لوازم حاوی نانونقره استفاده کرد [
22].
نقش و همکاران در سال 1391 به بررسی تأثیرات نانوذرات نقره بر فعالیت آنزیم فسفوکراتین کیناز و بافت عضله موشهای بزرگ آزمایشگاه پرداختند. نتایج نشان داد که غلظتهای مختلف نانوذرات نقره روی فعالیت آنزیم فسفوکراتین کیناز تأثیر معنادار ندارد (0/841≥P)، اما اثر زمان بر فعالیت آنزیم فسفوکراتین کیناز مؤثر است (0/005≥P)، به طوری که در روز هشتم بعد از تیمار در همه غلظتهای نانوذرات نقره میانگین فعالیت آنزیم فسفوکراتین کیناز افزایش یافته است. تغییرات بافتی در دُز ppm 400 از نانوذرات نقره نیز رخ داد. تعمیم نتایج این مطالعه میتواند در مورد آسیبهای عضلانی انسان در زمینه پزشکی مورد استفاده قرار گیرد؛ بنابراین باید در استفاده از لوازم حاوی نانو نقره احتیاط فراوانی به عمل آید [
23].
بررسی تأثیرات نانوذرات نقره بر سلولهای سرطانی در شرایط In Vitro
خاتمی و همکاران در سال 1396 اثر ضدسرطانی نانوذرات نقره هشت وجهی و کروی شکل روی سلولهای سرطانی پستان رده MCF-7 را بررسی کردند. با افزایش غلظت نانوذرات نقره، میزان ماندگاری سلولی به طور معناداری کاهش یافت. IC50 نانوذرات نقره μg/ml2 تعیین شد. نانوذرات نقره سنتزشده به روش بیوسنتز سمیت وابسته به غلظت را رده سلولی مطالعه کردند [
24].
حسنی درخشنده و همکاران در سال 1397 ارزیابی بیان ژن MMP9 و اثر نانوذرات نقره روی رده سلولی HT29 سرطان کولون بررسی کردند. نتایج حاصله از این تحقیق نشان داد اثر کشندگی نانوذرات نقره روی سلولها بستگی به غلظت و زمان دارد. همچنین، ارزیابی بیان ژن MMP9 با انجام تست real time PCR در سطح mRNA نشان داد که نانوذرات نقره منجر به کاهش معنادار در میزان بیان این ژن میشوند؛ بنابراین استفاده از این نانوذرات میتواند در مهار متاستاز سرطان روده بزرگ مورد توجه قرار گیرد [
25].
حسنی درخشنده و همکاران در سال 1397 ارزیابی بیان ژن MMP9 و اثر نانوذرات نقره روی رده سلولی HT29 سرطان کولون را بررسی کردند. نتایج حاصله از این تحقیق نشان داد اثر کشندگی نانوذرات نقره روی سلولها بستگی به غلظت و زمان دارد. همچنین ارزیابی بیان ژن MMP9 با انجام تست real time PCR در سطح mRNA نشان داد که نانوذرات نقره منجر به کاهش معنادار در میزان بیان این ژن میشوند؛ بنابراین استفاده از این نانوذرات میتواند در مهار متاستاز سرطان روده بزرگ مورد توجه قرار گیرد [
25].
الشدی در سال 2018 در مطالعهای سلولهای سرطانی Hela در محیط کشت RPMI1640 حاوی سرم جنین گاوی و پنیسیلین / استرپتومایسین کشت دادند و سپس تأثیر رقتهای 20، 40، 60، 80 و 100 میکروگرم بر میلیلیتر نانوذرات نقره روی این سلولها به روش MTT و رنگآمیزی اکریدین و اتیدیوم بروماید بررسی کردند. یافتهها تغییرات واضحی را در میزان سمیت الای سلولها در همه غلظتهای به کار برده شده توسط نانوذرات نقره در زمانهای 24، 48 و 72 ساعت نشان دادند. نتایج حاصل از این تحقیق حاکی از سمیت سلولی بالای نانوذرات نقره، بر لاین سلولهای Hela است. این یافتهها میتواند به عنوان یک کاندیدای بالقوه برای مطالعات بیشتر در زمینه درمان سرطان دهانه رحم مورد توجه قرار گیرد [
26].
بررسی تأثیرات نانوذرات نقره بر سلولهای خونی
نقش و همکاران در سال 1391 به بررسی مقایسه تأثیرات نانوذرات نقره بر میزان تغییرات گلبولهای خونی در موشهای صحرایی نر پرداختند. نتایج نشان داد که این نانوذرات بر گلبولهای قرمز و سفید موشها، دوازده روز بعد از تزریق در غلظت ppm 400 بیشترین تأثیر را داشت (P<0/01). نانوسیلور باعث افزایش گلبولهای سفید و کاهش تعداد گلبولهای قرمز شد؛ بنابراین کاهش گلبولهای قرمز و افزایش تعداد گلبولهای سفید در غلظت ppm 400 به علت لیز احتمالی گلبولهای قرمز و احتمالاً تحریک شدید سیستم ایمنی سلولی است. استفاده از نانوذرات با شکل، اندازه و ترکیبات مختلف، افقهای نوینی برای تحقیقات آینده جهت بررسی کاربردهای فناوری نانو در فیزیولوژی را نمایان میکند [
27].
امیرخانی دهکردی و همکاران در سال 1391 به مقایسه اثر تزریقی و تماسی نانوذرات نقره بر میزان تغییرات هموگلوبین در موشهای صحرایی نر پرداختند. یافتهها حاکی از وابستگی دُز در تغییرات میزان هموگلوبین در تزریق داخل صفاقی و عدم اثر نانوذرات نقره بر تغییرات هموگلوبین در تماس پوستی بود. تزریق نانوذرات نقره بر میزان هموگلوبین به صورت وابسته به دُز بوده است، اما روش تماس پوستی بر میزان هموگلوبین اثری نداشته است. به نظر میرسد غلظت کم نانوذرات و مدت زمان کوتاه، باعث عدم تغییر در فاکتور مورد نظر میشود [
28].
نقش و همکاران در سال 1391 به تأثیرات تماس پوستی نانوذرات نقره بر میزان تغییرات HGB و MCH در موشهای صحرایی نر در شرایط In Vivo پرداختند. آسیب خونی ناشی از تماس پوستی نانوذرات نقره در موشها باعث تحریک گلبولهای قرمز و در موشهای تیمارشده با نانوذرات نقره شده است. این تأثیرات در غلظت ppm 200 نانوذرات نقره مورد آزمایش در روز دوازده بعد از تماس برای MCH معنادار است، اما در مورد HGB در همه گروهها نتایج نسبت به گروه کنترل تفاوت معناداری نداشت. نتایج بهدستآمده از این پروژه نشان میدهد که نانوذرات نقره بر میزان MCH در غلظت ppm 200 مؤثر است. مکانیسم احتمالی در مورد تحریک گلبولهای قرمز، رهایش رادیکالهای آزاد، استرس اکسیداتیو و القای آپوپتوز در گلبولهای قرمز است. استفاده از نانوذرات با قطر و اشکال دیگر در تحقیقات بعدی پیشنهاد میشود [
29].
نتیجهگیری
استفاده از نانوذرات نقره به عنوان عوامل ضدمیکروبی جدیدی است که اخیراً توجه بسیاری از محققان را به خود جلب کرده است. پژوهشگران توانایی نانوذرات نقره در مقابله با میکروارگانیسمهای عامل فساد و پاتوژن را اثبات کردهاند. تحقیقات متعددی مبنی بر واکنشهای احتمالی بین نانوذرات با ماکرومولکولهای موجودات زنده انجام گرفته است.
اختلاف بین بار منفی میکروارگانیسم و بار مثبت نانوذره، با ایجاد باندهای الکترومغناطیس جاذب بین میکروب و نانوذره عمل کرده و باعث اتصال نانوذره به سطح سلول شده و درنتیجه میتواند باعث مرگ سلول شود. درنهایت تعداد زیادی از این تماسها منجر به اکسید شدن مولکولهای سطحی میکروبها و مرگ سریع آنها میشوند.
احتمال داده میشود یونهای آزادشده از نانومواد با گروههای تیول SH پروتئینهای سطحی سلولهای باکتریایی واکنش میدهند. تعدادی از این پروتئینهای غشای سلولهای باکتریایی عمل انتقال مواد معدنی از سطح دیواره را به عهده دارند که نانومواد با اثر روی این پروتئینها باعث غیرفعال شدن و نفوذناپذیری غشای سلولی شوند.
از بین رفتن تراوایی غشا باعث مرگ سلولی میشود. وجود یونهای نقره و سولفور در گرانولهای فشرده الکترون در سیتوپلاسم باکتری پس از تیمار با نانوذرات نقره مشاهده شده که نشاندهنده تعامل با اسیدهای نوکلئیک بوده و به اختلال در تکثیر مولکول دیانای منجر میشود. همچنین نانومواد چسبیدن سلول باکتری و تشکیل بیوفیلم را به تأخیر میاندازند که این عمل باعث میشود گروهی از باکتریها نتوانند تثبیت و تکثیر شوند.
نانوذرات نقره خواص ضدمیکروبی روی بیشتر میکروارگانیسمها دارند؛ بنابراین میتوان بیان کرد که متغیرهایی مانند نوع میکروارگانیسم، زمان تماس، غلظت، شکل و قطر نانوذرات نقره، عوامل مؤثر بر بروز آپوپتوز در انواع مختلف سلولها اعم از پروکاریوتها، قارچها، یوکاریوتها و ویروسها هستند. با توجه به زیست سازگاری این نانوذرات در قطر و غلظتهای خاص و کاهش عوارض جانبی میتوان در آینده نزدیک از آنها به عنوان جایگزین داروهای روتین، مثل برخی آنتیبیوتیکها و ضدقارچها استفاده کرد.
ملاحظات اخلاقی
پیروی از اصول اخلاق پژوهش
اصول اخلاق نشر در نگارش مقاله رعایت شده است.
حامی مالی
این مقاله حامی مالی نداشته است.
مشارکت نویسندگان
هر دو نویسنده در مرور مطالعات و نگارش مقاله مشارکت داشتند.
تعارض منافع
هیچگونه تضاد منافع در پژوهش حاضر وجود ندارد.
تشکر و قدردانی
از همه پژوهشگران و نویسندگان مقالاتی که در این مطالعه از نتایج تحقیقات آنها استفاده شد، تقدیر و تشکر داریم.
References
1.
Jeevanandam J, Barhoum A, Chan YS, Dufresne A, Danquah MK. Review on nanoparticles and nanostructured materials: History, sources, toxicity and regulations. Beilstein J Nanotechnol. 2018; 9:1050-74. [DOI:10.3762/bjnano.9.98] [PMID] [PMCID]
2.
Singh J, Dutta T, Kim K-H, Rawat M, Samddar P, Kumar P. ‘Green’synthesis of metals and their oxide nanoparticles: Applications for environmental remediation. J Nanobiotechnology. 2018; 16(1):84. [DOI:10.1186/s12951-018-0408-4] [PMID] [PMCID]
3.
Dallas P, Sharma VK, Zboril R. Silver polymeric nanocomposites as advanced antimicrobial agents: Classification, synthetic paths, applications, and perspectives. Adv Colloid Interface Sci. 2011; 166(1-2):119-35. [DOI:10.1016/j.cis.2011.05.008] [PMID]
4.
Naghsh N, Safari M, Haj Mehrabi P. [Investigation of the effect of silver nanoparticles on the growth of Escherichia coli bacteria (Persian)]. J Qom Univ Med Sci. 2012; 6(2):65-8. https://www.sid.ir/en/journal/ViewPaper.aspx?ID=260475
5.
Dik DA, Fisher JF, Mobashery S. Cell-wall recycling of the Gram-negative bacteria and the nexus to antibiotic resistance. Chem Rev. 2018; 118(12):5952-84. [DOI:10.1021/acs.chemrev.8b00277] [PMID] [PMCID]
6.
Jarick M, Bertsche U, Stahl M, Schultz D, Methling K, Lalk M, et al. The serine/threonine kinase Stk and the phosphatase Stp regulate cell wall synthesis in Staphylococcus aureus. Sci Rep. 2018; 8(1):13693. [DOI:10.1038/s41598-018-32109-7] [PMID] [PMCID]
7.
Chen S, Quan Y, Yu Y-L, Wang J-H. Graphene quantum dot/silver nanoparticle hybrids with oxidase activities for antibacterial application. ACS Biomater Sci Eng. 2017; 3(3):313-21. [DOI:10.1021/acsbiomaterials.6b00644] [PMID]
8.
Hu S, Yi T, Huang Z, Liu B, Wang J, Yi X, et al. Etching silver nanoparticles using DNA. Mater Horiz. 2019; 6:155-9. [DOI:10.1039/C8MH01126E]
9.
Sadoon AA, Khadka P, Freeland J, Gundampati RK, Manso R, Ruiz M, et al. Faster diffusive dynamics of histone-like nucleoid structuring proteins in live bacteria caused by silver ions. Appl Environ Microbiol. 2020; 86(6):e02479-19. [DOI:10.1128/AEM.02479-19] [PMID] [PMCID]
10.
Rahimzadeh-Torabi L, Doudi M, Naghsh N, Golshani Z. [Comparing the antifungal effects of gold and silver nanoparticles isolated from patients with vulvovaginal candidiasis in-vitro (Persian)]. Feyz. 2016; 20(4):331-9. http://feyz.kaums.ac.ir/article-1-3130-en.html
11.
Asghari A, Naghsh N, Madani M. [In vitro comparison of antifungal effect of silver nanoparticle on Candida producer of vulvovaginal candidiasis (Persian)]. Iran J Med Microbiol. 2015; 9(3):23-30. https://ijmm.ir/article-1-270-en.pdf
12.
Naghsh N, Doudi M, Soleymani S, Torkan S. [The synergic effect of alcoholic eucalyptus and nanosilver on colony count of Aspergilus Niger (Persian)]. J Gorgan Univ Med Sci. 2013; 14(4):89-93. http://goums.ac.ir/journal/article-1-1580-en.html
13.
Naghsh N, Doudi M, Safaeinejad Z. The antifungal activity of silver nanoparticles and fluconazole on aspergillusfumigatus. Med Lab J. 2013; 7(2):7-12. http://mlj.goums.ac.ir/article-1-269-en.html
14.
Kim K-J, Sung WS, Suh BK, Moon S-K, Choi J-S, Kim JG, et al. Antifungal activity and mode of action of silver nano-particles on Candida albicans. Biometals. 2009; 22(2):235-42. [DOI:10.1007/s10534-008-9159-2] [PMID]
15.
Naghsh N, Ghiasian M, Soleymani S, Torkan S. Investigation of Eucalyptus and nanosilver as a new nanomixture for growth inhibition of E. coli. Int J Mol Clin Microbiol. 2012; 2(1):138-40. https://www.sid.ir/en/journal/ViewPaper.aspx?ID=285316
16.
Doudi M, Naghsh N, Haidarpour A. [The effect of silver nanoparticles on pathogenic gram-negative bacilli resistant to beta-lactam antibiotics (ESBLs) (Persian)]. Med Lab J. 2011; 5(2):44-51. http://mlj.goums.ac.ir/article-1-171-en.html
17.
Naghsh N, Soleymani S, Torkan S. [Inhibitory effect of alcoholic eucalyptus extract with nanosilver particles on E. coli growth (Persian)]. J Gorgan Univ Med Sci. 2013; 15(2):60-4. http://goums.ac.ir/journal/article-1-1720-en.html
18.
Escárcega-González CE, Garza-Cervantes JA, Vazquez-Rodríguez A, Montelongo-Peralta LZ, Treviño-Gonzalez MT, Castro EDB, et al. In vivo antimicrobial activity of silver nanoparticles produced via a green chemistry synthesis using Acacia rigidula as a reducing and capping agent. Int J Nanomedicine. 2018; 13:2349-63. [DOI:10.2147/IJN.S160605] [PMID] [PMCID]
19.
Long YM, Hu LG, Yan XT, Zhao XC, Zhou QF, Cai Y, et al. Surface ligand controls silver ion release of nanosilver and its antibacterial activity against Escherichia coli. Int J Nanomedicine. 2017; 12:3193-06. [DOI:10.2147/IJN.S132327] [PMID] [PMCID]
20.
Kim JS, Kuk E, Yu KN, Kim J-H, Park SJ, Lee HJ, et al. Antimicrobial effects of silver nanoparticles. Nanomedicine. 2007; 3(1):95-101. [DOI:10.1016/j.nano.2006.12.001] [PMID]
21.
Kim JS, Kuk E, Yu KN, Kim JH, Park SJ, Lee HJ, et al. Antimicrobial effects of silver nanoparticles. Nanomedicine. 2015; 3(1):95-1. [DOI:10.1016/j.nano.2006.12.001] [PMID]
22.
Naghsh N, Mashayekh AM, Khodadadi S. [Effects of silver nanoparticle on lactate dehydrogenase activity and histological changes of heart tissue in male wistar rats (Persian)]. J Fasa Univ Med Sci. 2013; 2(4):303-7. http://jabs.fums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-26-29&slc_lang=fa&sid=1
23.
Khodadadi S, Naghsh N, Mashayekh AM. [Effect of nanosilver on Alkalin phosphatase activity and liver tissue in male rats (Persian)]. Feyz. 2013; 16(7):687-8. http://feyz.kaums.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-176-967&slc_lang=en&sid=1
24.
Naghsh N, Mashayekh A, Khodadadi S. [Effects of silver nanoparticle on phosphocreatine kinase and histological changes of skeletal muscle tissue in male wistar rat (Persian)]. J Mazandaran Univ Med Sci. 2013; 22(97):36-41. http://jmums.mazums.ac.ir/article-1-1763-en.html
25.
Khatami M, Kharazi S, Kishani Farahani Z, Azizi H, Augusto Lima Nobre M. [The anti-cancer effect of octagon and spherical silver nanoparticles on MCF-7 breast cancer cell line (Persian)]. Tehran Univ Med J. 2017; 75(1):72-6. https://tumj.tums.ac.ir/article-1-7996-en.html
26.
Hassani Derakhshandeh B, Sadat Shandiz S, Abbasi M. [Evaluation of metalloproteinase matrix MMP9 gene expression and effect of silver nanoparticles toward Colon cancer cell line (HT29) (Persian)]. J Cell Tissue. 2018; 9(4):344-52. [DOI:10.29252/JCT.9.4.344]
27.
Al-Sheddi ES, Farshori NN, Al-Oqail MM, Al-Massarani SM, Saquib Q, Wahab R, et al. Anticancer potential of green synthesized silver nanoparticles using extract of Nepeta deflersiana against human cervical cancer cells (HeLA). Bioinorg Chem Appl. 2018; 2018:9390784. [DOI:10.1155/2018/9390784] [PMID] [PMCID]
28.
Naghsh N, Amirkhani-Dehkordi S, Aghababa H. [Investigating nanosilver effects on blood cells counter in male rats (Persian)]. J Shahid Sadoughi Univ Med Sci. 2013; 20(6):716-23. http://jssu.ssu.ac.ir/article-1-2282-en.html
29.
Amirkhani Dehkordi Z, Naghsh N, Aqbaba H. [Comparison of injective and contact effect of silver nanoparticles on the rate of hemoglobin changes in male rats (Persian)]. Jorjani Biomed J. 2012; 1(1):38-43. http://goums.ac.ir/jorjanijournal/article-1-200-en.html
30.
Naghsh N, Amirkhani Dehkordi Z, Aghababa H. [Effects of silver nanoparticles contact with skin in HGB and MCH changes in male rats in in vivo condition (Persian)]. J Mazandaran Univ Med Sci. 2013; 23(98):11-7. http://jmums.mazums.ac.ir/article-1-1855-en.html