Preparación y Caracterización de Nanocompositos Quitosano-Cobre con Actividad Antibacteriana para aplicaciones en Ingeniería de Tejidos / Preparation and characterization of Copper Chitosan Nanocomposites with Antibacterial Activity for Applications in Tissue Engineering

RESUMEN: El presente trabajo describe la preparación de nanocompositos formulados a partir de quitosano (QS)/nanopartículas de cobre (nCu) con características antibacterianas y aplicación potencial en ingeniería de tejidos. Para ello, se prepararon nanocompositos mediante mezclado en solución asistido con ultrasonido con el objetivo de incrementar la dispersión de la carga nanométrica en el biopolímero. El análisis de FTIR demostró que la presencia de nCu en la matriz de QS favorece la interacción del nCu con los grupos amino/hidroxilo de la molécula del QS. Se determinó mediante UV-Vis que los nanocompositos QS/nCu presentan absorción asociada con la presencia de nanopartículas y la posible liberación de iones Cu2+ en medio líquido. Mediante AFM se determinó que el QS hidratado forma una malla con microporos, que puede favorecer la penetración de bacterias en el nanocomposito y su interacción con las nCu. Finalmente, se determinó el efecto antibacteriano del material al contacto con la bacteria Staphylococcus aureus, en donde se presenta una actividad antibacteriana superior al 90% entre los 90 y 180 min de interacción. Dichos resultados sugieren que es posible obtener nanomateriales antibacterianos biocompatibles para su posible aplicación en ingeniería tisular.

ABSTRACT: The Present work describes the preparation of nanocomposites based on chitosan (QS)/copper nanoparticles (nCu) with antibacterial properties and potential application in tissue engineering. For this purpose, nanocomposites were prepared by solution blending with ultrasound assisted, aiming to increase the nanoparticles dispersion in the biopolymer. FTIR analyses demonstrates that nCu supported in QS increase their interaction of nanoparticles with amine/hydroxyl groups of QS molecule. UV-Vis analyses demonstrates that QS/nCu nanocomposites have an absorption signal associated with the presence of nanoparticles and the possible Cu2+ ions release in liquid media. AFM analyses shown that hydrated QS form a mesh with micro pores, improving the bacterial penetration and the direct contact with nCu. This behavior was corroborated by antibacterial assays, where QS/nCu nanocomposites shown an antibacterial activity higher than 90% between 90-180 minutes of interaction. Our results suggest that is possible to obtain combined antibacterial/biocompatible nanomaterials with potential application in tissue engineering.

Copper nanoparticles as potential antimicrobial agent in disinfecting root canals: a systematic review / Nanopartículas de cobre como potencial agente antimicrobiano en la desinfección de canales radiculares: revisión sistemática

Copper was registered as the first solid antimicrobial material. Its availability makes it an important option as an antibacterial agent. At nanoparticle size it does not exceed 100 nm, allowing close interaction with microbial membranes, enhancing its effect even more. Copper generates toxic hydroxyl radicals that damage cell membranes of Gram-negative and Gram-positive bacteria, among the latter, Enterococcus faecalis, which are present in infected radicular canals. Synthesis of metal nanoparticles with antimicrobial properties has become a viable alternative and has promising applications in the fight against pathogenic microorganisms. Furthermore, the use of some polymers to stabilize nanoparticles increases their release time and may as well decrease the risk of bacterial recolonization and biofilm formation within the ducts, enhancing the antimicrobial properties of these compounds.The aim of this article is to conduct a systematic review of the literature on antimicrobial copper nanoparticles, their current applications and their potential use in the area of oral health, specifically in the field of endodontics.

El cobre fue registrado como el primer material antimicrobiano sólido y su disponibilidad permite que constituya una importante opción como agente antibacteriano. Al tamaño de nanopartícula no supera los 100 nm, lo que permite una interacción estrecha con las membranas microbianas, potenciando aún más su efecto. Genera radicales hidroxilos tóxicos que provocan daño en la membrana celular de bacterias Gram negativas y Gram positivas, entre estas últimas, Enterococcus faecalis, presente en conductos radiculares infectados. Por lo que la síntesis de nanopartículas metálicas con propiedades antimicrobianas se ha vuelto una alternativa viable con aplicaciones prometedoras en la lucha contra microorganismos patógenos. Además, utilizando algunos polímeros para estabilizar las nanopartículas se aumenta el tiempo de liberación de éstas y se disminuye el riesgo de recolonización bacteriana y la formación de biopelículas al interior de los conductos, mejorando las propiedades antimicrobianas de estos compuestos. El propósito de este artículo es realizar una revisión sistemática de la literatura acerca de nanopartículas de cobre como antimicrobiano, sus aplicaciones actuales y su potencial uso en el área de la salud oral, específicamente en el campo de la Endodoncia.

Actividad inhibitoria del crecimiento bacteriano por cobre nanoestructurado obtenido de minerales de la región Marañón: comparación con cobre comercial / Bacterial growth inhibitory activity for nanostructured copper minerals obtained from the Marañon region: comparison with commercial copper

En el presente trabajo se reporta la actividad inhibitoria del crecimiento bacteriano por nanopartículas de cobre cementado y de cobre comercial. Se utilizaron las cepas de Staphylococcus aureus ATCC 6538 (Gram positiva) y Escherichia coli ATCC 35218 (Gram negativa) para determinar el efecto inhibitorio mediante la concentración mínima inhibitoria de las nanopartículas diluidas en caldo de cultivo nutritivo y distribuidas en placas de ELISA. Las muestras de cobre cementado (obtenidas por procesos hidrometalúrgicos) y de cobre comercial fueron nanoestructuradas empleando un equipo de molienda mecánica. Los resultados indican que las nanopartículas de cobre comercial (a 2.5 horas de molienda) muestran acción inhibitoria del crecimiento de la cepa S. aureus y no así en la cepa E. coli. Asimismo, se determinó que la concentración mínima inhibitoria de la muestra de cobre comercial fue de 20 μg/mL frente a S. aureus. El cobre cementado (en su forma sólida y nanoestructurada) no mostró efecto inhibitorio del crecimiento en ninguna de las dos cepas estudiadas.

In this paper, we report on the bacterial growth inhibitory activity of nanoparticles of cemented and commercial copper. Strains of Staphylococcus aureus ATCC 6538 (Gram positive) and Escherichia coli ATCC 35218 (Gram negative) were used to determine the inhibitory effect by the minimal inhibitory concentration of the nanoparticles diluted in nutrient culture broth and distributed in ELISA plates. The copper cements (obtained from hydrometallurgical processes) and the commercial one were nanostructured employing a mechanical milling equipment. The results indicate that commercial copper nanoparticles (after 2.5 hours of milling) show growth inhibitory action of S. aureus strain. However, in the case of E. coli strains no inhibitory action has been observed. It was also determined that the minimal inhibitory concentration of the commercial copper is 20 μg/mL against S. aureus. On the other hand, copper cements (in solid and nanostructured form) do not show inhibitory effects.