Published February 7, 2024 | Version v1
Publication Open

Ciprofloxacin- and levofloxacin-loaded nanoparticles efficiently suppressed fluoroquinolone resistance and biofilm formation in Acinetobacter baumannii

Creators

  • 1. Mansoura University

Description

Abstract The spread of fluoroquinolone (FQ) resistance in Acinetobacter baumannii represents a critical health threat. This study aims to overcome FQ resistance in A. baumannii via the formulation of polymeric nanoFQs. Herein, 80 A. baumannii isolates were obtained from diverse clinical sources. All A. baumannii isolates showed high resistance to most of the investigated antimicrobials, including ciprofloxacin (CIP) and levofloxacin (LEV) (97.5%). FQ resistance-determining regions of the gyrA and parC genes were the most predominant resistant mechanism, harbored by 69 (86.3%) and 75 (93.8%) of the isolates, respectively. Additionally, plasmid-mediated quinolone resistance genes aac ( 6 ′) -Ib and qnrS were detected in 61 (76.3%) and 2 (2.5%) of the 80 isolates, respectively. The CIP- and LEV-loaded poly ε-caprolactone (PCL) nanoparticles, F CIP and F LEV , respectively, showed a 1.5–6- and 6–12-fold decrease in the MIC, respectively, against the tested isolates. Interestingly, the time kill assay demonstrated that MICs of F CIP and F LEV completely killed A. baumannii isolates after 5–6 h of treatment. Furthermore, F CIP and F LEV were found to be efficient in overcoming the FQ resistance mediated by the efflux pumps in A. baumannii isolates as revealed by decreasing the MIC four-fold lower than that of free CIP and LEV, respectively. Moreover, F CIP and F LEV at 1/2 and 1/4 MIC significantly decreased biofilm formation by 47–93% and 69–91%, respectively. These findings suggest that polymeric nanoparticles can restore the effectiveness of FQs and represent a paradigm shift in the fight against A. baumannii isolates.

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

Translated Description (Arabic)

يمثل انتشار مقاومة الفلوروكينولون (FQ) في البكتيريا الخاملة تهديدًا صحيًا خطيرًا. تهدف هذه الدراسة إلى التغلب على مقاومة FQ في A. baumannii من خلال صياغة nanoFQs البوليمرية. هنا، تم الحصول على 80 A. baumannii معزولات من مصادر سريرية متنوعة. أظهرت جميع عزلات A. baumannii مقاومة عالية لمعظم مضادات الميكروبات التي تم فحصها، بما في ذلك سيبروفلوكساسين (CIP) وليفوفلوكساسين (LEV) (97.5 ٪). كانت المناطق التي تحدد مقاومة FQ لجينات gyrA و parC هي الآلية الأكثر مقاومة السائدة، والتي تأويها 69 (86.3 ٪) و 75 (93.8 ٪) من العزلات، على التوالي. بالإضافة إلى ذلك، تم الكشف عن جينات مقاومة الكينولون بوساطة البلازميد aac ( 6 ′)- ib و qnrS في 61 (76.3 ٪) و 2 (2.5 ٪) من 80 عزلًا، على التوالي. أظهرت الجسيمات النانوية المحملة بـ CIP و LEV من البولي ε - caprolactone (PCL)، F CIP و F LEV، على التوالي، انخفاضًا بمقدار 1.5-6 و 6-12 ضعفًا في الميكروفون، على التوالي، مقابل العزلات المختبرة. ومن المثير للاهتمام، أن اختبار قتل الوقت أظهر أن MICs من F CIP و F LEV قتلت تمامًا A. baumannii يعزل بعد 5–6 ساعات من العلاج. علاوة على ذلك، وجد أن F CIP و F LEV فعالان في التغلب على مقاومة FQ بوساطة مضخات التدفق في عزلات A. baumannii كما هو موضح عن طريق تقليل الميكروفون أربعة أضعاف أقل من ذلك من CIP الحر و LEV، على التوالي. علاوة على ذلك، أدى F CIP و F LEV عند 1/2 و 1/4 ميكروفون إلى انخفاض كبير في تكوين الأغشية الحيوية بنسبة 47-93 ٪ و 69-91 ٪ على التوالي. تشير هذه النتائج إلى أن الجسيمات النانوية البوليمرية يمكن أن تستعيد فعالية FQs وتمثل نقلة نوعية في مكافحة عزلات A. baumannii.

Translated Description (French)

Résumé La propagation de la résistance aux fluoroquinolones (FQ) chez Acinetobacter baumannii représente une menace critique pour la santé. Cette étude vise à surmonter la résistance au FQ chez A. baumannii via la formulation de nanoFQ polymères. Ici, 80 isolats d'A. baumannii ont été obtenus à partir de diverses sources cliniques. Tous les isolats d'A. baumannii ont montré une résistance élevée à la plupart des antimicrobiens étudiés, y compris la ciprofloxacine (CIP) et la lévofloxacine (LEV) (97,5 %). Les régions déterminant la résistance à la FQ des gènes gyrA et parC étaient le mécanisme de résistance le plus prédominant, hébergé par 69 (86,3 %) et 75 (93,8 %) des isolats, respectivement. De plus, les gènes de résistance aux quinolones à médiation plasmidique aac ( 6 ′) -Ib et qnrS ont été détectés dans 61 (76,3 %) et 2 (2,5 %) des 80 isolats, respectivement. Les nanoparticules de poly ε-caprolactone (PCL) chargées de CIP et de LEV, F CIP et F LEV , respectivement, ont montré une diminution de 1,5 à 6 et 6 à 12 fois de la CMI, respectivement, par rapport aux isolats testés. Fait intéressant, le test Time Kill a démontré que les CMI de F CIP et de F LEV tuaient complètement les isolats d'A. baumannii après 5–6 h de traitement. De plus, F CIP et F LEV se sont avérés efficaces pour surmonter la résistance FQ médiée par les pompes d'efflux dans les isolats d'A. baumannii, comme indiqué en diminuant la CMI quatre fois plus faible que celle de CIP et LEV libres, respectivement. De plus, F CIP et F LEV à 1/2 et 1/4 CMI ont significativement diminué la formation de biofilm de 47-93% et 69–91%, respectivement. Ces résultats suggèrent que les nanoparticules polymères peuvent restaurer l'efficacité des FQ et représentent un changement de paradigme dans la lutte contre les isolats d'A. baumannii.

Translated Description (Spanish)

Resumen La propagación de la resistencia a las fluoroquinolonas (FQ) en Acinetobacter baumannii representa una amenaza crítica para la salud. Este estudio tiene como objetivo superar la resistencia a FQ en A. baumannii mediante la formulación de nanoFQ poliméricos. En la presente, se obtuvieron 80 aislados de A. baumannii de diversas fuentes clínicas. Todos los aislados de A. baumannii mostraron una alta resistencia a la mayoría de los antimicrobianos investigados, incluidos ciprofloxacina (CIP) y levofloxacina (LEV) (97.5%). Las regiones determinantes de resistencia FQ de los genes gyrA y parC fueron el mecanismo de resistencia más predominante, albergado por 69 (86.3%) y 75 (93.8%) de los aislados, respectivamente. Además, se detectaron los genes de resistencia a quinolonas mediados por plásmidos aac ( 6 ′) -Ib y qnrS en 61 (76.3%) y 2 (2.5%) de los 80 aislados, respectivamente. Las nanopartículas de poli ε-caprolactona (PCL) cargadas con CIP y Lev, F CIP y F LEV , respectivamente, mostraron una disminución de 1.5-6 y 6-12 veces en la CMI, respectivamente, contra los aislados probados. Curiosamente, el ensayo de destrucción temporal demostró que las MIC de F CIP y F LEV destruyeron completamente los aislados de A. baumannii después de 5–6 h de tratamiento. Además, se encontró que F CIP y F LEV eran eficientes para superar la resistencia FQ mediada por las bombas de eflujo en aislados de A. baumannii, como se reveló al disminuir la MIC cuatro veces más baja que la de CIP y LEV libres, respectivamente. Además, F CIP y F LEV a 1/2 y 1/4 MIC disminuyeron significativamente la formación de biopelículas en un 47–93% y 69–91%, respectivamente. Estos hallazgos sugieren que las nanopartículas poliméricas pueden restaurar la efectividad de las FQ y representar un cambio de paradigma en la lucha contra los aislados de A. baumannii.

Files

s41598-024-53441-1.pdf.pdf

Files (2.4 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
md5:3c1d8b1b436906b2c731672ce4ae5845
2.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
قامت الجسيمات النانوية المحملة بالسيبروفلوكساسين والليفوفلوكساسين بقمع مقاومة الفلوروكينولون وتكوين الأغشية الحيوية في البكتيريا الخاملة
Translated title (French)
Les nanoparticules chargées de ciprofloxacine et de lévofloxacine ont efficacement supprimé la résistance aux fluoroquinolones et la formation de biofilm chez Acinetobacter baumannii
Translated title (Spanish)
Las nanopartículas cargadas con ciprofloxacina y levofloxacina suprimieron de manera eficiente la resistencia a las fluoroquinolonas y la formación de biopelículas en Acinetobacter baumannii

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4391630669
DOI
10.1038/s41598-024-53441-1

Is supplement to
https://openalex.org/W2736690189 (Other)
https://openalex.org/W2387892627 (Other)
https://openalex.org/W2355331393 (Other)
https://openalex.org/W2160257114 (Other)
https://openalex.org/W2124899117 (Other)
https://openalex.org/W2120111593 (Other)
https://openalex.org/W2110201520 (Other)
https://openalex.org/W2089022095 (Other)
https://openalex.org/W2028403515 (Other)
https://openalex.org/W2015401200 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W1770120761
  • https://openalex.org/W1979185072
  • https://openalex.org/W1999866520
  • https://openalex.org/W2005081151
  • https://openalex.org/W2007791007
  • https://openalex.org/W2031223726
  • https://openalex.org/W2040445226
  • https://openalex.org/W2045673860
  • https://openalex.org/W2062374558
  • https://openalex.org/W2070301626
  • https://openalex.org/W2105283571
  • https://openalex.org/W2106574670
  • https://openalex.org/W2114399238
  • https://openalex.org/W2115439624
  • https://openalex.org/W2118328361
  • https://openalex.org/W2126446042
  • https://openalex.org/W2139363194
  • https://openalex.org/W2142343447
  • https://openalex.org/W2142663062
  • https://openalex.org/W2162484291
  • https://openalex.org/W2283068595
  • https://openalex.org/W2403217633
  • https://openalex.org/W2589067428
  • https://openalex.org/W2605410606
  • https://openalex.org/W2605536830
  • https://openalex.org/W2615800453
  • https://openalex.org/W2616129231
  • https://openalex.org/W2769817455
  • https://openalex.org/W2778732581
  • https://openalex.org/W2793051448
  • https://openalex.org/W2808711858
  • https://openalex.org/W2905465863
  • https://openalex.org/W2906332596
  • https://openalex.org/W2969562474
  • https://openalex.org/W3004287313
  • https://openalex.org/W3019923950
  • https://openalex.org/W3034893573
  • https://openalex.org/W3036500576
  • https://openalex.org/W3046811749
  • https://openalex.org/W3049320091
  • https://openalex.org/W3072334995
  • https://openalex.org/W3096884079
  • https://openalex.org/W3107825098
  • https://openalex.org/W3128430081
  • https://openalex.org/W3133781339
  • https://openalex.org/W3134254717
  • https://openalex.org/W3156804098
  • https://openalex.org/W3165742492
  • https://openalex.org/W3170687912
  • https://openalex.org/W3206934844
  • https://openalex.org/W4200308547
  • https://openalex.org/W4210951898
  • https://openalex.org/W4211089108
  • https://openalex.org/W4211092954
  • https://openalex.org/W4223937116
  • https://openalex.org/W4309214205
  • https://openalex.org/W4366393244
  • https://openalex.org/W4375855635