Published July 10, 2021 | Version v1
Publication Open

Zinc oxide nanoparticles conjugated with clinically-approved medicines as potential antibacterial molecules

Creators

  • 1. American University of Sharjah
  • 2. International Center for Chemical and Biological Sciences
  • 3. University of Karachi
  • 4. University of Sharjah

Description

Abstract At present, antibiotic resistance is one of the most pressing issues in healthcare globally. The development of new medicine for clinical applications is significantly less than the emergence of multiple drug-resistant bacteria, thus modification of existing medicines is a useful avenue. Among several approaches, nanomedicine is considered of potential therapeutic value. Herein, we have synthesized Zinc oxide nanoparticles (ZnO-NPs) conjugated with clinically-approved drugs (Quercetin, Ceftriaxone, Ampicillin, Naringin and Amphotericin B) with the aim to evaluate their antibacterial activity against several Gram-positive (Methicillin resistant Staphylococcus aureus, Streptococcus pneumoniae and Streptococcus pyogenes ) and Gram-negative ( Escherichia coli K1 , Serratia marcescens and Pseudomonas aeruginosa ) bacteria. The nanoparticles and their drug conjugates were characterized using UV-visible spectrophotometry, dynamic light scattering, Fourier transform infrared spectroscopy and atomic force microscopy. Antibacterial activity was performed by dilution colony forming unit method and finally 3-(4,5-dimethylthiazole-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) assays were performed to determine their cytotoxic effects against human cell lines. ZnO-NPs revealed maxima surface plasmon resonance band at 374 and after conjugation with beta-cyclodextrin at 379 nm, polydispersity with size in range of 25–45 nm with pointed shaped morphology. When conjugated with ZnO-NPs, drug efficacy against MDR bacteria was enhanced significantly. In particular, Ceftriaxone- and Ampicillin-conjugated ZnO-NPs exhibited potent antibacterial effects. Conversely, ZnO-NPs and drugs conjugated NPs showed negligible cytotoxicity against human cell lines except Amphotericin B (57% host cell death) and Amphotericin B-conjugated with ZnO-NPs (37% host cell death). In conclusion, the results revealed that drugs loaded on ZnO-NPs offer a promising approach to combat increasingly resistant bacterial infections.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

في الوقت الحاضر، تعد مقاومة المضادات الحيوية واحدة من أكثر القضايا إلحاحًا في مجال الرعاية الصحية على مستوى العالم. إن تطوير دواء جديد للتطبيقات السريرية أقل بكثير من ظهور بكتيريا متعددة مقاومة للأدوية، وبالتالي فإن تعديل الأدوية الموجودة هو وسيلة مفيدة. من بين العديد من الأساليب، يعتبر الطب النانوي ذا قيمة علاجية محتملة. هنا، قمنا بتوليف جسيمات أكسيد الزنك النانوية (ZnO - NPs) المترافقة مع الأدوية المعتمدة سريريًا (Quercetin، Ceftriaxone، Ampicillin، Naringin و Amphotericin B) بهدف تقييم نشاطها المضاد للبكتيريا ضد العديد من البكتيريا إيجابية الجرام (Staphylococcus aureus المقاومة للميثيسيلين، Streptococcus pneumoniae و Streptococcus pyogenes ) والبكتيريا سلبية الجرام ( Escherichia coli K1، Serratia marcescens و Pseudomonas aeruginosa ). تم تمييز الجسيمات النانوية ومقترناتها الدوائية باستخدام القياس الطيفي المرئي للأشعة فوق البنفسجية، وتشتت الضوء الديناميكي، والتحويل الطيفي للأشعة تحت الحمراء من فورييه، والفحص المجهري للقوة الذرية. تم إجراء النشاط المضاد للبكتيريا بطريقة وحدة تشكيل مستعمرة التخفيف وأخيراً تم إجراء 3 -(4،5 -ثنائي ميثيل ثيازول-2 -يل) -2،5 -ثنائي فينيل تترازوليوم بروميد (MTT) لتحديد آثارها السامة للخلايا ضد خطوط الخلايا البشرية. كشف ZnO - NPs عن نطاق رنين البلازمون السطحي الأقصى عند 374 وبعد الاقتران مع بيتا سايكلوديكسترين عند 379 نانومتر، وتشتت متعدد مع حجم في نطاق 25–45 نانومتر مع مورفولوجيا مدببة الشكل. عند اقترانها بـ ZnO - NPs، تم تعزيز فعالية الدواء ضد بكتيريا MDR بشكل كبير. على وجه الخصوص، أظهرت ZnO - NPs المترافقة مع سيفترياكسون والأمبيسلين تأثيرات مضادة للجراثيم قوية. وعلى العكس من ذلك، أظهرت الجسيمات النانوية المترافقة مع الجسيمات النانوية المترافقة مع الجسيمات النانوية سمية خلوية ضئيلة ضد خطوط الخلايا البشرية باستثناء الأمفوتيريسين ب (57 ٪ موت الخلايا المضيفة) والأمفوتيريسين ب المترافق مع الجسيمات النانوية المترافقة مع الجسيمات النانوية المترافقة مع الجسيمات النانوية (37 ٪ موت الخلايا المضيفة). في الختام، كشفت النتائج أن الأدوية المحملة على ZnO - NPs تقدم نهجًا واعدًا لمكافحة الالتهابات البكتيرية المقاومة بشكل متزايد.

Translated Description (French)

Résumé À l'heure actuelle, la résistance aux antibiotiques est l'un des problèmes les plus urgents dans le domaine de la santé à l'échelle mondiale. Le développement de nouveaux médicaments pour des applications cliniques est nettement inférieur à l'émergence de multiples bactéries résistantes aux médicaments, la modification des médicaments existants est donc une voie utile. Parmi plusieurs approches, la nanomédecine est considérée comme ayant une valeur thérapeutique potentielle. Ici, nous avons synthétisé des nanoparticules d'oxyde de zinc (ZnO-NPs) conjuguées à des médicaments cliniquement approuvés (Quercétine, Ceftriaxone, Ampicilline, Naringine et Amphotéricine B) dans le but d'évaluer leur activité antibactérienne contre plusieurs bactéries Gram-positives (Staphylococcus aureus résistant à la méthicilline, Streptococcus pneumoniae et Streptococcus pyogenes ) et Gram-négatives ( Escherichia coli K1 , Serratia marcescens et Pseudomonas aeruginosa ). Les nanoparticules et leurs conjugués médicamenteux ont été caractérisés à l'aide de la spectrophotométrie UV-visible, de la diffusion dynamique de la lumière, de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et de la microscopie à force atomique. L'activité antibactérienne a été réalisée par la méthode des unités formant des colonies de dilution et enfin des essais de bromure de 3-(4,5-diméthylthiazole-2-yl)-2,5-diphényltétrazolium (MTT) ont été effectués pour déterminer leurs effets cytotoxiques sur les lignées cellulaires humaines. ZnO-NPs a révélé une bande de résonance plasmonique de surface maximale à 374 et après conjugaison avec la bêta-cyclodextrine à 379 nm, une polydispersité avec une taille comprise entre 25 et 45 nm avec une morphologie de forme pointue. Lorsqu'il est conjugué avec ZnO-NPs, l'efficacité du médicament contre les bactéries MDR a été améliorée de manière significative. En particulier, les ZnO-NP conjugués à la Ceftriaxone et à l'Ampicilline présentaient de puissants effets antibactériens. Inversement, le ZnO-NPs et les NP conjugués aux médicaments ont montré une cytotoxicité négligeable contre les lignées cellulaires humaines, à l'exception de l'amphotéricine B (57 % de mort cellulaire de l'hôte) et de l'amphotéricine B-conjuguée au ZnO-NPs (37 % de mort cellulaire de l'hôte). En conclusion, les résultats ont révélé que les médicaments chargés sur les ZnO-NP offrent une approche prometteuse pour lutter contre les infections bactériennes de plus en plus résistantes.

Translated Description (Spanish)

Resumen En la actualidad, la resistencia a los antibióticos es uno de los problemas más apremiantes en la atención médica a nivel mundial. El desarrollo de nuevos medicamentos para aplicaciones clínicas es significativamente menor que la aparición de múltiples bacterias resistentes a los medicamentos, por lo que la modificación de los medicamentos existentes es una vía útil. Entre varios enfoques, la nanomedicina se considera de potencial valor terapéutico. En este documento, hemos sintetizado nanopartículas de óxido de zinc (ZnO-NP) conjugadas con fármacos clínicamente aprobados (Quercetina, Ceftriaxona, Ampicilina, Naringina y Anfotericina B) con el objetivo de evaluar su actividad antibacteriana contra varias bacterias Gram-positivas (Staphylococcus aureus resistente a la meticilina, Streptococcus pneumoniae y Streptococcus pyogenes ) y Gram-negativas ( Escherichia coli K1 , Serratia marcescens y Pseudomonas aeruginosa ). Las nanopartículas y sus conjugados farmacológicos se caracterizaron utilizando espectrofotometría UV-visible, dispersión dinámica de luz, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier y microscopía de fuerza atómica. La actividad antibacteriana se realizó mediante el método de unidades formadoras de colonias de dilución y finalmente se realizaron ensayos de bromuro de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-il)-2,5-difeniltetrazolio (MTT) para determinar sus efectos citotóxicos contra líneas celulares humanas. Las ZnO-NP revelaron una banda de resonancia de plasmón superficial máxima a 374 y después de la conjugación con beta-ciclodextrina a 379 nm, polidispersidad con un tamaño en el intervalo de 25–45 nm con morfología de forma puntiaguda. Cuando se conjugó con ZnO-NP, la eficacia del fármaco contra las bacterias MDR mejoró significativamente. En particular, los ZnO-NP conjugados con ceftriaxona y ampicilina exhibieron potentes efectos antibacterianos. Por el contrario, las ZnO-NP y las NP conjugadas con fármacos mostraron una citotoxicidad insignificante contra las líneas celulares humanas, excepto la anfotericina B (57% de muerte de la célula huésped) y la anfotericina B conjugada con ZnO-NP (37% de muerte de la célula huésped). En conclusión, los resultados revelaron que los fármacos cargados en ZnO-NP ofrecen un enfoque prometedor para combatir las infecciones bacterianas cada vez más resistentes.

Files

s13568-021-01261-1.pdf

Files (4.0 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:305a8e4fe63ef5e632385ffc2d313d72
4.0 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
جسيمات أكسيد الزنك النانوية المقترنة بالأدوية المعتمدة سريريًا كجزيئات مضادة للبكتيريا محتملة
Translated title (French)
Nanoparticules d'oxyde de zinc conjuguées à des médicaments cliniquement approuvés en tant que molécules antibactériennes potentielles
Translated title (Spanish)
Nanopartículas de óxido de zinc conjugadas con medicamentos clínicamente aprobados como posibles moléculas antibacterianas

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3178079336
DOI
10.1186/s13568-021-01261-1

Is supplement to
https://openalex.org/W4385413210 (Other)
https://openalex.org/W3152230514 (Other)
https://openalex.org/W3147443310 (Other)
https://openalex.org/W3147138563 (Other)
https://openalex.org/W3092521730 (Other)
https://openalex.org/W2993468324 (Other)
https://openalex.org/W2796949944 (Other)
https://openalex.org/W2395219877 (Other)
https://openalex.org/W2366562690 (Other)
https://openalex.org/W2045299745 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1574328107
  • https://openalex.org/W1717453455
  • https://openalex.org/W1972125312
  • https://openalex.org/W2002469816
  • https://openalex.org/W2007827665
  • https://openalex.org/W2012251902
  • https://openalex.org/W2018517592
  • https://openalex.org/W2027828676
  • https://openalex.org/W2031491721
  • https://openalex.org/W2035793625
  • https://openalex.org/W2044609602
  • https://openalex.org/W2045227360
  • https://openalex.org/W2049242480
  • https://openalex.org/W2077553502
  • https://openalex.org/W2081183202
  • https://openalex.org/W2091749430
  • https://openalex.org/W2092076850
  • https://openalex.org/W2099303284
  • https://openalex.org/W2137600219
  • https://openalex.org/W2159420263
  • https://openalex.org/W2163817676
  • https://openalex.org/W2274251352
  • https://openalex.org/W2510439434
  • https://openalex.org/W2514953660
  • https://openalex.org/W2529274472
  • https://openalex.org/W2580894515
  • https://openalex.org/W2589067428
  • https://openalex.org/W2599289790
  • https://openalex.org/W2607232845
  • https://openalex.org/W2610805899
  • https://openalex.org/W2614353970
  • https://openalex.org/W2740540141
  • https://openalex.org/W2744968491
  • https://openalex.org/W2746950805
  • https://openalex.org/W2768836748
  • https://openalex.org/W2778059707
  • https://openalex.org/W2790580667
  • https://openalex.org/W2791197967
  • https://openalex.org/W2889973507
  • https://openalex.org/W2902244487
  • https://openalex.org/W2903861590
  • https://openalex.org/W2942947038
  • https://openalex.org/W2976161029
  • https://openalex.org/W2987462372
  • https://openalex.org/W2989831480
  • https://openalex.org/W3003338083
  • https://openalex.org/W3004049217
  • https://openalex.org/W3006688012
  • https://openalex.org/W3016573946
  • https://openalex.org/W3023166245
  • https://openalex.org/W3025858399
  • https://openalex.org/W3028827263
  • https://openalex.org/W3035310112
  • https://openalex.org/W3083579853
  • https://openalex.org/W3108182386
  • https://openalex.org/W3109477231
  • https://openalex.org/W333426205
  • https://openalex.org/W4211042139