Effect of charge-modifying coatings on the antibacterial effect of silver nanoparticles for Escherichia coli

Abstract

L'émergence de bactéries multirésistantes dues à une utilisation abusive d'antibiotiques est devenue l'une des menaces les plus dangereuses pour la santé publique. Le développement de nouveaux médicaments et la recherche d'agents antibactériens non traditionnels ont conduit à la nanotechnologie en tant que solution potentielle à ce problème. Les nanoparticules d'argent (NPs d’Ag) sont largement connues pour leur effet antibactérien. Cette étude vise à synthétiser des NPs d’Ag avec différents revêtements et à relier leurs propriétés physico-chimiques à leurs activités biocides, en mettant l'accent sur la façon dont leur charge de surface (estimée par leur potentiel zêta) affecte leurs efficacités antibactériennes et anti-biofilm. Les NPs d’Ag ont été synthétisées en utilisant du citrate comme agent de stabilisation et du polyvinylpyrrolidone, du polyéthylène glycol, de la chitosane et du polyéthylèneimine comme revêtements. La Spectroscopie de Masse à Plasma Inductif de Particule Unique, la Diffusion de Lumière Dynamique et les mesures de potentiel zêta ont été utilisées pour caractériser les NPs d’Ag préparées. La caractérisation des formulations de nanoparticules a montré qu'elles avaient des diamètres similaires d'environ 10 nm et des charges allant de -46 mV à 16 mV. Les comptages de plaques d'agar et les tests de micro dilution ont montré que les NPs d’Ag synthétisées étaient très efficaces pour empêcher la croissance des cellules bactériennes Escherichia coli. Des biofilms d'E. coli ont été cultivés et exposés aux NPs d’Ag, puis vérifiés à l'aide d'une microscopie à balayage laser confocal montrant que les formulations de NP avec un potentiel zêta négatif avaient plus d'activité anti-biofilm que les NP chargées neutres ou positives.

The emergence of multidrug resistant bacteria due to the misuse of antibiotics has become one of the most dangerous threats to public health. Development of new drugs and the search for non-traditional antibacterial agents have led to nanotechnology as a potential solution to this problem. Silver nanoparticles (Ag NPs) are widely known for their antibacterial effect. This study aims to synthesize Ag NPs with different coatings and relate their physicochemical properties with their biocidal activities, with special emphasis on how their surface charge (estimated via their zeta potential) affects their antibacterial and antibiofilm efficacies. Ag NPs were synthesized using citrate as a stabilizing agent and polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, chitosan and polyethyleneimine were used as coatings. Single Particle Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy, Dynamic Light Scattering, and zeta potential measurements were used to characterize the prepared Ag NPs. Characterization of the nanoparticle formulations showed that they had similar diameters of around 10 nm and charges ranging from -46 mV to 16 mV. Agar Plate Counts and microdilution assays showed that the synthesized Ag NPs were very effective in preventing growth of Escherichia coli bacterial cells. E. coli biofilms were grown and exposed to the Ag NPs and checked afterwards with a confocal laser scanning microscopy showing that NP formulations with a negative zeta potential had more anti-biofilm activity than neutral or positive charged NPs.