Nanoparticles in controlling biofilms of pathogenic bacteria

Abstract

Bacteria form biofilms so as to protect themselves from physical and chemical assaults, which include antibiotic resistance where higher doses of antibiotics are needed. The purpose of this study was to come up with three different types of nanoparticles that would enhance the efficacy of antibiotics and decrease the amount of antibiotic needed to eliminate biofilm. The emphasis was on calcium peroxide nanoparticles along with tobramycin. These particles release oxygen and calcium that together had additive effects with tobramycin. Antibiotic concentrations required for biofilm eradication were reduced, as evidenced by colony forming unit assays, microscopy, qPCR and ex vivo assays on human oral biofilms. Squalenyl polymer nanoparticles have also been investigated and the reproducibility and stability of the nanoparticles were enhanced with the addition of surfactants. It also enhanced the efficacy of tobramycin and the dispersion of the biofilm. Lipid nanocapsules were employed in order to assess the ability of the size-dependent delivery of vancomycin and its efficacy against the Staphylococcus aureus biofilms. The smaller capsules were more efficient in penetrating through the biofilm while the larger ones released more of the active ingredient and enhanced the removal of the biofilm. This study proves the concept of nanoparticles in the treatment of biofilm and highlighted the efficacy of calcium peroxide nanoparticles at lower antibiotic concentrations.

Bakterien bilden Biofilme, um sich vor physischen und chemischen Gefahren zu schützen, was die Antibiotikaresistenz erhöht und höhere Dosierungen erfordert. Ziel dieser Studie war die Entwicklung von drei Nanopartikeltypen, um die Wirksamkeit von Antibiotika zu verbessern und die Konzentration bei der Biofilmbeseitigung zu senken. Der Schwerpunkt lag auf Kalziumperoxid-Nanopartikeln in Kombination mit Tobramycin. Diese Partikel setzten Sauerstoff und Kalzium frei, was die Wirkung von Tobramycin verstärkte. Biofilme wurden bei geringeren Antibiotikakonzentrationen beseitigt, bestätigt durch CFU-Assays, Mikroskopie, qPCR und ex vivo-Tests an menschlichen oralen Biofilmen. Squalenyl-Polymer-Nanopartikel wurden ebenfalls untersucht, wobei die Reproduzierbarkeit und Stabilität durch den Einsatz von Tensiden verbessert wurde. Diese erhöhten auch die Wirksamkeit von Tobramycin und förderten die Biofilmbeseitigung. Lipidnanokapseln wurden verwendet, um größenabhängige Biofilmpenetration und Vancomycin-Freisetzung bei Staphylococcus aureus-Biofilmen zu untersuchen. Kleinere Kapseln drangen besser ein, größere transportierten mehr Wirkstoff und verbesserten die Biofilmbeseitigung. Diese Studie zeigt das Potenzial von Nanopartikeln in der Biofilmbehandlung, insbesondere die vielversprechenden Effekte von Kalziumperoxid-Nanopartikeln bei geringeren Antibiotikakonzentrationen.