© Borgis - Nowa Stomatologia 3/2012, s. 117-121
Rafał Pokrowiecki1, *Agnieszka Mielczarek2
Wybrane przykłady wykorzystania nano-cząsteczek srebra w procedurach medycznych
Selected aspects of silver nano-particles application in medical procedures
1Studenckie Koło Naukowe przy Zakładzie Stomatologii Zachowawczej Instytutu Stomatologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego
Opiekun Koła: dr n. med. Agnieszka Mielczarek
2Zakład Stomatologii Zachowawczej Instytutu Stomatologii Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego
Kierownik Zakładu: prof. dr hab. n. med. Elżbieta Jodkowska
Summary
The dynamic development of biotechnology enables the implementation of the new nano-materials for medical purposes. Among nano-metals, nano-particles of silver are most prominent, due to its strong antimicrobacterial, antifungal and antiviral properties. General, long term and frequent usage of antibiotics for infection prevention caused rise in drug-resistant bacteria. So, the search of new, alternative sources of antimicrobial activity are undertaken. Silver has been used for the medical treatment for over 100 years. In presented paper the selected aspects of practical applications of new silver formulation as nano-particles in medical treatment are described. The cited examples suggest that silver nano-particles are promising, effective inhibitors of microorganisms growth, making them applicable in many medical fields, including ophthalmology, dermatology, orthopedics and many dental specialty as cariology, implantology, endodontic treatment, and surgery. Wider application of nano-silver required a further study for establishing the proper concentration for selected pathogens and development of treatment algorithm.
Własności antybakteryjne srebra znane są od tysiącleci (1). Już w czasach starożytnych wykorzystywano jego cechy przechowując żywność i wodę w srebrnych naczyniach oraz zaopatrując srebrem rany i owrzodzenia (2). Srebro stosowano również powszechnie jako uniwersalny środek leczniczy z uwagi na szerokie spektrum działania przeciwko takim patogenom jak: bakterie, wirusy, grzyby, czy pierwotniaki. Wraz z odkryciem w 1928 roku przez Aleksandra Fleminga penicyliny i nastaniem ery antybiotyków, ograniczono stosowanie srebra ze względu na wysokie koszty związane z jego produkcją.
Obecnie stosowanie antybiotyków stało się powszechne. Nadmierne ich wykorzystywanie, często nieadekwatne do potrzeb leczniczych, prowadzi do wytworzenia szczepów opornych (3, 4). Koniecznym jest więc poszukiwanie alternatywnych środków farmakoterapii oraz metod zapobiegania występowania infekcji. W dobie intensywnego rozwoju nauki i możliwości wykorzystania nowoczesnych technologii, ponownie wzrosło zainteresowanie antybakteryjnymi własnościami srebra.
Konwencjonalne preparaty srebra stosowane w medycynie
Bakteriobójcze właściwości srebra wykorzystuje się w medycynie od lat, o czym świadczy szeroka gama preparatów dostępnych na rynku. Najpopularniejsze postacie srebra to azotan srebra, sól srebrowa sulfadiazyny oraz inne połączenia sulfonamidów ze srebrem (5, 6). Formuły te znalazły zastosowanie w takich dziedzinach medycyny jak dermatologia, urologia, stomatologia, okulistyka i ginekologia. Doniesienia o medycznym wykorzystaniu srebra sięgają roku 1884, kiedy Carl Crede zaaplikował 1% roztwór azotanu srebra do oczu noworodków, w celu wyeliminowania występowania gonococcal opthalmia. Azotan srebra używany był również w leczeniu choroby wrzodowej żołądka i dwunastnicy oraz jako lek na padaczkę, a w ginekologii w terapii zapalenia gruczołu Bertoliniego. Popularne jest również stosowanie azotanu srebra w stomatologii. Jego 10-25% roztwór wykorzystywany jest do zabiegu impregnacji próchnicowo zmienionej zębiny u dzieci. Aplikowany na powierzchnię zębiny azotan srebra strącany jest odpowiednim strącalnikiem – 20% glukoza, płyn Lugola, eugenol lub inne, co powoduje wytworzenie metalicznego srebra lub jego związków działających bakteriobójczo (6). Pomimo udowodnionego działania bakteriobójczego, związki srebra wywołują jednak liczne działania niepożądane. Azotan srebra może powodować oparzenia błony śluzowej, nieestetyczne przebarwienia oraz działanie karcinogenne na skutek powstawania dimetylonitrozaminy (2, 6, 7). Srebro stosowano także w postaci soli srebrowych sulfadiazyny i sulfatiazolu w leczeniu trudno gojących się owrzodzeń, odleżyn i oparzeń. Sól srebrowa sulfadiazyny wchłaniana jest z miejsca podania i może być transportowana wraz z krwią do narządów miąższowych i powodować ich uszkodzenia i dysfunkcję (5, 8). Aplikacja soli srebra może również powodować dolegliwości skórne w postaci świądu i bólu. Nadmierna absorpcja srebra może prowadzić do jego kumulacji w organizmie i prowadzić do srebrzycy (argyria), która manifestuje się jako sino niebieskie zabarwienie skóry i błon śluzowych.
Nanocząsteczki srebra
Nanoczasteczki srebra charakteryzują się średnicą nieprzekraczającą 100 nm i składają się z około 20-15 000 atomów (9, 10). Ich wyjątkowe właściwości fizyko-chemiczne związane są z dużym stosunkiem powierzchni aktywnej do objętości. Wykorzystując tę zależność, możliwe jest osiągnięcie wysokiego działania przeciwdrobnoustrojowego przy stosowaniu bardzo małych stężeń srebra (podawanych w jednostkach ppm). W literaturze można znaleźć liczne doniesienia świadczące o skutecznym przeciwbakteryjnym, przeciw grzybiczym i przeciw wirusowym działaniu nanosrebra (7, 11-13).
Nanocząsteczki srebra wykorzystuje się w różnokształtnej postaci sfer, rurek i płytek. Uważa się, że najlepszą aktywność wykazują cząsteczki w kształcie trójkątnym lub w postaci płytek, gdyż posiadają wówczas większą powierzchnię aktywną (2, 14, 15).
Działanie bakteriobójcze srebra związane jest z jego mechanizmem oddziaływania z grupami tiolowymi ściany komórkowej bakterii, wzrostem przepuszczalności błony komórkowej, zaburzeniami gospodarki jonowej i destrukcyjnym oddziaływaniem na DNA. Pod wpływem srebra produkty przemiany materii gromadzone są wewnątrz komórki oraz utracona zostaje możliwość syntezy białek (11, 16). Wielokierunkowe oddziaływanie nanocząsteczek na komórkę bakteryjną prowadzi do jej śmierci. Jak dotąd, bakterie nie są w stanie rozwinąć odpowiednich mechanizmów obronnych przeciwko nanocząsteczkom srebra. W przypadku grzybów, zaburzona zostaje gospodarka wodna, co wpływa negatywnie na procesy rozmnażania. Udokumentowane jest skuteczne działanie srebra przeciwko takim patogenom jak: S. aureus, E. coli, P. aeurginosa, A. baumani, E. feacalis, S. epidermidis, C. albicans (2, 7, 15-17).
Zastosowanie nanosrebra w medycynie
Wyjątkowo szerokie spektrum działania przeciwdrobnoustrojowego nanocząsteczek srebra zostało wykorzystane w różnych dziedzinach medycyny. Obecne na rynku opatrunki do zaopatrywania ran oparzeniowych zawierające nanosrebro (Acticoat, Actisorb Plus) charakteryzują się dłuższym działaniem przeciwbakteryjnym i lepszą penetracją w głąb martwiczych tkanek w porównaniu z tradycyjnymi związkami srebra. W badaniach przeprowadzonych w Centrum Leczenia Oparzeń w Siemianowicach Śląskich w latach 2005-2006 na grupie 45 pacjentów którzy ulegli oparzeniu, wykazano ponad 50% redukcję flory bakteryjnej izolowanej z rany, bez względu na etap jej gojenia. Wśród wyeliminowanych szczepów znajdowały się P. aeruginosa oraz A. baumani – bakterie odpowiedzialne za rozwój posocznicy (16, 18, 19). Preparat Acticoat wykorzystywany jest również do zaopatrywania ran powstających w przebiegu takich chorób jak Zespół Stevensa Jonsona czy toksycznej nekrolizie naskórka.
Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.
Mam kod dostępu
- Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu albo wszystkich artykułów (w zależności od wybranej opcji), należy wprowadzić kod.
- Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.
- Aby kupić kod proszę skorzystać z jednej z poniższych opcji.
Opcja #1
24 zł
Wybieram
- dostęp do tego artykułu
- dostęp na 7 dni
uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony
Opcja #2
59 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 30 dni
- najpopularniejsza opcja
Opcja #3
119 zł
Wybieram
- dostęp do tego i pozostałych ponad 7000 artykułów
- dostęp na 90 dni
- oszczędzasz 28 zł
Piśmiennictwo
1. Bugla-Płoskońska G, Oleszkiewicz A: Biologiczna aktywność srebra i jego zastosowanie w medycynie. Kosmos – problemy nauk biologicznych 2007; 56: 1-2: 115-122. 2. Łysakowska M, Denys P: Przeciwdrobnoustrojowe zastosowania srebra. Antimicrobial uses of silver. Kwart Ortop 2009; 4: 408-417. 3. Stryjewski EM, Boucherc HW: Gram-negative bloodstream infections. Inter J Antimicrob Agents 2009; 34: 21-25. 4. Ogbolua DO, Dainid OA, Ogunledunb A, Webberc A: High levels of multidrug resistance in clinical isolates of Gram-negative pathogens from Nigeria. Inter J Antimicrob Agents 2011; 37, 1: 62-66. 5. Wan AT, Conyers RA, Coombs CJ, Masterton JP: Determination of silver in blood, urine, and tissues of volunteers and burn patients. Clin Chem 1991; 1937: 1683-1687. 6. Szpringer-Nodzak M: Próchnica zębów mlecznych i ich leczenie. [W:] Springer-Nodzak M, Wochna-Sobańska M. Stomatologia Wieku Rozwojowego. PZWL, Warszawa 2003; 314-316. 7. Silver S, Phung Le T, Silver G: Silver as biocides in burn and wound dressings and bacterial resistance to silver compounds. J Ind Microbiol Biotechnol 2006; 33: 627-634. 8. Brandt O, Mildner M, Egger AE et al.: Nanoscalic silver possesses broad-spectrum antimicrobial activities and exhibits fewer toxicological side effects than silver sulfadiazine. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine 2011 published online 11 August. 9. Chen X, Schluesener HJ: Nanosilver: A nanoproduct in medical application. Toxicology Letters 2008; 176: 1-12. 10. Wijnhoven SWP, Peijnenburg WJGM, Herbersts CA et al.: Nano-silver a review of available data and knowledge gaps in human and environmental risk assessment. Nanotoxicology 2009; 3(2): 109-138. 11. Oleszkiewicz A, Korzekwa K, Bugia-Płoskońska G: Nanocząsteczki w biologii i medycynie. Laboratorium Medyczne 2008; 5: 30-33. 12. Cho KH, Park JE, Osaka T, Park SG: The study of antimicrobial activity and preservative effects of nanosilver ingredient. Electrochimica Acta 2005; 51: 956-960. 13. Monteiro DR, Gorup LF, Silva S et al.: Silver colloidal nanoparticles: antifungal effect against adhered cells and biofilms of Candida albicans and Candida glabrata. Biofouling 2011; 27(7): 711-719. 14. Wiley B, Sun Y, Mayers B, Xia Y: Shape-Controlled Synthesis of Metal Nanostructures: The Case of Silver. Chemistry 2005; 7,11(2): 454-463. 15. Sadeghi B, Garmaroudi FS, Hashemi M et al.: Comparison of the anti-bacterial activity on the nanosilver shapes: Nanoparticles, nanorods and nanoplates. Advanced Powder Technology 2012; 23: 22-26. 16. Gawlik J, Krawiecki M, Nowak M: Ocena zastosowania opatrunków z nanokrystalicznym srebrem w zapobieganiu miejscowej infekcji rany oparzeniowej. Zakażenia 2007; 3: 97-103. 17. Petica A, Gavriliu S, Lungua M et al.: Colloidal silver solutions with antimicrobial properties. Materials Science and Engineering: B 2008; 152: 22-27. 18. Moiemen NS, Shale E, Drysdale KJ et al.: Acticoat dressings and major burns: Systemic silver absorption. Burns 2011; 37: 27-35. 19. Yang JY, Huang CY, Chuang SS, Chen CC: Case report: A clinical experience of treating exfoliative wounds using nanocrystalline silver-containing dressings (Acticoat). Burns 2007; 33: 793-797. 20. Puchała P, Kucharski G, Jaremczuk B, Monkos-Jaremczuk E: Przegląd biomateriałów na podstawie piśmiennictwa. TPS 2008; 10: 28-36. 21. Marciniak J: Biomateriały metaliczne. [W:] Nałęcz M. Biocybernetyka i inżynieria. Tom IV. Biomateriały. EXIT, Warszawa 2000; 5-11. 22. Zheng Z, Yin W, Zara JN et al.: The use of BMP-2 coupled e Nanosilver-PLGA composite grafts to induce bone repair in grossly infected segmental defects. Biomaterials 2010; 31(35): 9293-9300. 23. Simchi A, Tamjid E, Pishbin F, Boccaccini AR: Recent progress in inorganic and composite coatings with bactericidal capability for orthopaedic applications. Nanomed Nanotechnol Biol Med 2011; 7: 22-39. 24. Webster TJ, Ahn ES: Nanostructured Biomaterials for Tissue Engineering Bone. Adv Biochem Engin/Biotechnol 2006; 103: 275-308. 25. Majewki S, Majewski P: Biologiczne mechanizmy przebudowy struktur kostnych i gojenia tkanek miękkich jamy ustnej po zabiegach implantacyjnych. Implantoprotetyka 2009; 10; 1 (34): 3-7. 26. Barre`re F, Mahmood TA, de Groot, van Blitterswijk CA: Advanced biomaterials for skeletal tissue regeneration: Instructive and smart functions. Materials Science and Engineering 2008; 59: 38-71. 27. Zhao L, Chu PK, Zhang Y, Wu Z: Antibacterial Coatings on Titanium Implants. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials 2009; 91: 470-480. 28. Hardesa J, Ahrensa H, Geberta C et al.: Lack of toxicological side-effects in silver-coated megaprostheses in humans. Biomaterials 2007; 28: 2869-2875. 29. Mahendra Rai, Alka Yadav, Aniket Gade: Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials. Biotechnol Adv 2009; 27: 76-83. 30. Zhao L, Wang H, Huo K et al.: Antibacterial nano-structured titania coating incorporated with silver Nanoparticles. Biomaterials 2011; 32: 5706-5716. 31. Ewald A, Glückermann SK, Thull R, Gbureck U: Antimicrobial titanium/silver PVD coatings on titanium. Biomedical Engineering Online 2006; 5: 22. 32. Bosettia M, Mass?b A, Tobinc E, Cannasa E: Silver coated materials for external fixation devices: in vitro biocompatibility and genotoxicity. Biomaterials 2002; 23: 887-892. 33. Soska-Czop A, Pawlicka H, Zarzycka B, Bednarski MK: Eliminacja Enterococcus faecalis z zakażonych kanałów korzeni zębów bydlęcych. Magazyn Stomat 2008; 9: 119-125. 34. Borczyk R, Pietranek K, Maćkowiak K: Wykorzystanie preparatu NanoCare Plus w implantologii. Magazyn Stomat 2009; 19; 4: 70-77. 35. Zoufan K, Jiang J, Komabayashi T et al.: Cytotoxicity evaluation of Gutta Filow and Endo Seqvence BC sealers. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol 2011; 112: 657-661. 36. Hernández-Sierra JF, Ruiz F, Cruz Pena DC et al.: The antimicrobial sensitivity of Streptococcus mutans to nanoparticles of silver, zinc oxide, and gold Nanomedicine. Nanotechnol Biol Med 2008; 4: 237-240. 37. Alta Alt V, Bechert T, Steinrücke P et al.: An in vitro assessment of the antibacterial properties and cytotoxicity of nanoparticulate silver bone cement. Biomaterials 2004; 25: 4383-4391. 38. Kalishwaralal K, BarathManiKanth S, Pandian SR et al.: Silver nanoparticles impede the biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus epidermidis. Colloids Surf B Biointerfaces 2010; 79(2): 340-344. 39. Lyons A, Ghazali N: Osteoradionecrosis of the jaws: current understanding of its pathophysiology and treatment. Br J Oral Maxillofacial 2008; 46: 653-660. 40. Reid IR: Osteonecrosis of the jaw – Who gets it, and why? Bone 2009; 44: 4-10. 41. Hadi SA, Ashfaq N, Bey A, Khan S: Biological factors responsible for failure of osseointegration in oral implants. Biol and Med 2011; 3: 164-170. 42. Shahverdi AR, Minaeian S, Shahverdi HR et al.: Rapid synthesis of silver nanoparticles using culture supernatants of Enterobacteria: A novel biological approach. Process Biochemistry 2007; 42: 919-923. 43. Chen P, Song L, Liu Y, Fang Y: Synthesis of silver nanoparticles by g-ray irradiation in acetic water solution containing chitosan. Radiat Phys Chem 2007; 76: 1165-1168. 44. Xu G, Qiao X, Qiu X, Chen J: Preparation and characterization of stable monodisperse silver nanoparticles via photoreduction. Colloids Surf 2008; 320: 222-226. 45. Shaligram NS, Bulea M, Bhamburea R et al.: Biosynthesis of silver nanoparticles using aqueous extract from the compactin producing fungal strain. Process Biochem 2009; 44: 939-943.
