Efektivitas Larutan Nanopartikel Chitosan-Emas In-Situ terhadap Staphylococcus aureus Tahan Metisilin (MRSA)

Abstrak

Latar Belakang: Mengembangkan terapeutik baru terhadap Staphylococcus aureus tahan metisilin (MRSA) adalah tantangan medis yang mendesak. Antiseptik, tidak seperti antibiotik, dapat menargetkan strain tahan sambil mempertahankan microbiota normal.

Bahan dan Metode: Kami mengevaluasi potensi antibakteri larutan nanopartikel chitosan-embas (Ag NP) yang disiapkan in situ, dengan memvariasi rasio chitosan terhadap Ag. Ag NP disintesis melalui jalur kimia hijau menggunakan ekstrak rimpang jahe dan asam askorbat; modifikasi permukaan dengan setrimonium bromide (CTAB) juga dieksplorasi untuk meningkatkan dispersibilitas. Nanopartikel yang dihasilkan dan campuran chitosan-Ag NP dikarakterisir dengan difraksi X-ray (XRD), mikroskop elektron transmisi (TEM), spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FTIR), dan spektroskopi UV–Vis.

Hasil dan Kesimpulan: XRD, FTIR, UV–Vis, dan TEM mengonfirmasi kemurnian tinggi dan komposisi yang diharapkan dari chitosan dan Ag NP. Larutan chitosan-Ag NP menunjukkan keefektifan antimikroba yang unggul dibandingkan komponen individu mereka. Sebaliknya, persiapan in situ larutan chitosan-Ag NP/CTAB mengakibatkan endapan dan tidak dapat dievaluasi. Temuan ini menunjukkan bahwa campuran chitosan-Ag NP adalah strategi yang menjanjikan untuk mengatasi bakteri tahan obat.

Latar Belakang

Infeksi tetap menjadi penyebab utama morbilitas dan mortalitas global, didorong oleh penggunaan antibiotik yang luas yang memilih organisme tahan seperti MRSA. Infeksi MRSA mencakup spektrum dari lesi kulit superficial hingga kondisi yang mengancam nyawa seperti pneumonia, endokarditis, dan septicemia, yang membebani beban ekonomi yang besar (≈$3–4 miliar per tahun). Strategi antibakteri baru sangat dibutuhkan. Antiseptik menawarkan aktivitas berkelanjutan terhadap strain tahan tanpa mengganggu microbiota inan. Menggabungkan mekanisme antibakteri yang berbeda—misalnya, logam dan polimer alami—melalui nanomaterial hibrid menyajikan pendekatan baru untuk mengalahkan bakteri tahan.

Emas lama diakui untuk properti antimikroba, dan nanopartikel emas (Ag NP) menunjukkan efek antibakteri dan antifungal yang kuat. Mereka dapat bekerja sinergis dengan antibiotik konvensional tetapi mungkin juga menderita agregasi, pelepasan ion yang tidak terkontrol, dan sitotoksisitas. Menggabungkan Ag NP ke dalam biopolimer seperti chitosan dapat meningkatkan stabilitas dan aktivitas antimikroba. Chitosan, yang berasal dari kitosan, biocompatible, bakteriostatis, dan cocok untuk aplikasi medis. Modifikasi permukaan Ag NP dengan CTAB dapat meningkatkan stabilitas dispersi, meskipun dampaknya pada efektivitas antibakteri belum sepenuhnya dipahami.

Tujuan studi ini adalah untuk mengidentifikasi rasio chitosan-Ag NP yang optimal yang menghasilkan aktivitas maksimum terhadap isolat klinis MRSA.

Metode

Bahan

Nitrat perak, asam L-askorbat, dan CTAB (C16H33N(CH3)3Br) dibeli dari Sigma-Aldrich. Rimpang jahe diperoleh secara lokal. Chitosan (200 kDa, 82 % deasetilasi) diperoleh dari Bioprogress. Air ultrapure (resistivitas > 17 MΩ cm⁻¹) dan media mikrobiologi standar digunakan sepanjang waktu.

Persiapan Larutan Chitosan/Ag NP In-Situ

Ag NP pertama disintesis dengan mengurangi nitrat perak dengan ekstrak jahe dan asam askorbat di bawah reflux pada 60 °C selama 1,5 jam. Partikel yang dihasilkan dicuci melalui sentrifugasi hingga pH netral. Untuk Ag NP yang dimodifikasi CTAB (Ag/CTAB NP), 3 ml dispersi Ag NP 76,4 mg ml⁻¹ dicampur dengan 20 ml larutan CTAB 6,7 mg ml⁻¹ dan di-sonikasi selama 3 jam. Muatan CTAB dikuantifikasi dengan UV–Vis pada 190 nm.

Larutan chitosan (1 % w/v) disiapkan dengan melarutkan 1 g chitosan dalam 100 ml asam asetat 2 % selama 24 jam pada suhu ruang. Larutan chitosan/Ag NP kemudian dibentuk dengan menambahkan volume yang berbeda dari chitosan ke dispersi Ag NP, menghasilkan rentang konsentrasi chitosan dan Ag NP (Tabel 1).

Karakterisasi Fisikokimia

XRD dilakukan pada difraktometer Empyrean (Cu Kα, 1,54 Å). Pcituran TEM menggunakan JEM-ARM-200F pada 200 kV. Spektra FTIR direkam pada spektrometer Tensor 27 dengan tablet KBr (1 mg sampel / 200 mg KBr). Absorpsi UV–Vis diukur pada spektrometer Lambda 950 (200–800 nm). Semua pengukuran direplikasi paling tidak tiga kali.

Tes Mikrobiologis

Tujuh puluh swab pasien (hidung dan tenggorokan) dikultur pada agar darah. Lima puluh strain Staphylococcus aureus diisolasi dan dikonfirmasi dengan tes biokimia standar. Kepekaan antibiotik dievaluasi dengan metode difusi cakkir Kirby–Bauer pada agar Mueller–Hinton untuk azitromisin, levofloxacin, klaritromisin, siprofloxacin, dan metisilin. Strain MRSA ditetapkan sesuai pedoman CLSI.

Konsentrasi hemming minimum (MIC) chitosan, Ag NP, dan larutan campuran chitosan-Ag NP ditentukan dengan macrodilusi kaldu. Tujuh dilusi dua kali lipat berurutan dari setiap persiapan nanopartikel disiapkan dalam kaldu nutrisi, dan 1, 2, atau 3 ml chitosan 1 % ditambahkan ke setiap tabung. Setelah diinisiasi dengan 100 µl suspensi bakteri standar (≈1,5 × 10⁸ CFU ml⁻¹) dan inkubasi 24 jam pada 37 °C, konsentrasi terendah yang mencegah pertumbuhan terlihat dicatat sebagai MIC.

Hasil

Karakterisasi Ag NP dan Chitosan

Adsorpsi CTAB pada Ag NP menghasilkan adsorptivitas sebesar 70,0 mg g⁻¹, yang sesuai dengan konten CTAB sekitar 6,5 %. Pola XRD menunjukkan puncak perak khas pada 38,15°, 44,33°, 64,48°, 77,47°, dan 81,54° 2Θ, yang mengonfirmasi Ag kristal. Puncak lebar (12,00–21,06°) menunjukkan sisa material organik. Chitosan menunjukkan puncak semicristal di sekitar 9° dan 20° 2Θ. Spektra FTIR mengungkapkan grup fungsional yang diharapkan untuk chitosan (gerangan O-H/N-H lebar 3450–3200 cm⁻¹, amida I pada 1652 cm⁻¹) dan Ag NP (gerangan CO/CH, gerangan C=C/C=O). Spektra UV–Vis Ag NP menunjukkan puncak resonansi plasmon permukaan pada sekitar 387 nm, bergeser menjadi sekitar 417 nm setelah modifikasi CTAB, yang menunjukkan stabilitas dispersi yang ditingkatkan. Gambar TEM menunjukkan sebagian besar Ag NP bola dengan ukuran 10–12 nm.

Aktivitas Antibakteri

Ag NP murni dan Ag/CTAB NP menunjukkan MIC sebesar 9,6 µg ml⁻¹ terhadap semua 10 strain MRSA. Chitosan murni menunjukkan MIC sebesar 6 µg ml⁻¹, dengan 60 % strain terhemm pada 3,3–5 µg ml⁻¹. Campuran chitosan-Ag NP mencapai MIC rendah hingga 1,2 µg ml⁻¹ untuk Ag NP dan 3,3 µg ml⁻¹ untuk chitosan, yang merupakan penurunan 2- hingga 4-kali lipat dibandingkan komponen individu. Upaya untuk menyiapkan campuran chitosan-Ag/CTAB mengakibatkan endapan dan tidak dapat dievaluasi.

Pembahasan

Temuan kami mengonfirmasi bahwa campuran in situ chitosan dengan Ag NP secara sinergis meningkatkan aktivitas antibakteri terhadap MRSA. MIC yang lebih rendah menunjukkan interaksi yang ditingkatkan dengan sel bakteri, potensial melalui mekanisme gabungan: pelepasan ion perak dan permukaan kationik chitosan yang merusak membran. CTAB, sambil stabilizing nanopartikel, mengurangi efektivitas antibakteri dan menginduksi endapan, yang menunjukkan bahwa kimia permukaan secara kritis mempengaruhi potensi terapeutik. Studi di masa depan harus mengevaluasi sitotoksisitas formulasi chitosan-Ag NP untuk menentukan dosis klinis yang aman.

Kesimpulan

Larutan campuran chitosan-Ag NP yang disiapkan in situ menunjukkan aktivitas yang jauh lebih unggul terhadap MRSA, mengurangi konsentasi yang diperlukan hingga empat kali lipat relatif terhadap konstituen individu mereka. Strategi ini menawarkan pendekatan yang menjanjikan, potensial dipersonalisasi, untuk mengatasi infeksi tahan antibiotik. Evaluasi toksisitas lebih lanjut akan menjelaskan aplikabilitas klinis.

Singkatan

Ag NPs

Nanopartikel perak

CTAB

Setrimonium bromide

FTIR

Spektroskopi inframerah transformasi Fourier

MRSA

Staphylococcus aureus tahan metisilin

TEM

Mikroskop elektron transmisi

UV–Vis

Spektroskopi ultraviolet–visibel

XRD

Difraksi X-ray