Nanopartículas de prata obtidas pela síntese ’green’ combinadas ou não com glicerofosfato de cálcio e tirosol: efeito antimicrobiano, anti-inflamatório e na resposta transcriptômica em patógenos orais
Silver nanoparticles obtained by the ‘green’ synthesis combined or not with calcium glycerophosphate and tyrosol: antimicrobial, anti-inflammatory effect and in the transcriptomic response in oral pathogens
Publication year: 2018
Theses and dissertations in Portugués presented to the Universidade Estadual Paulista "Julio de Mesquita Filho". Faculdade de Odontologia de Araçatuba to obtain the academic title of Doutor. Leader: Delbem, Alberto Carlos Botazzo
O objetivo deste estudo foi avaliar a atividade antimicrobiana/antibiofilme e a viabilidade celular de nanopartículas de prata (NPsAg) obtidas por uma síntese ‘green’ associadas ou não ao β-glicerofosfato de cálcio (GPCa) contra Streptococcus mutans e espécies de Candida (cepas de referência e isolados clínicos orais incluindo cepas resistentes ao fluconazol). O efeito destes nanocompostos em combinação com o tirosol (TIR), fluconazol (FLC), nistatina (NIT) e anfotericina B (AnB) também foi avaliado. Além disso, nós avaliamos comparativamente as alterações do transcriptoma de células de C. glabrata CBS138 após exposição às NPsAg e ao Íon prata (Ag+ ). Inicialmente, as NPsAg foram sintetizadas por meio da redução do nitrato de prata com extratos de diferentes partes (casca, folha e semente) de uma romã (Punica granatum L.) associadas ou não ao GPCa. A Concentração Inibitória Mínima (CIM) e as Concentrações Fungicida/Bactericida Mínima (CFM e CBM) dos nanocompostos (NPsAg e NPsAgGPCa) associados ou não ao TIR contra S. mutans e C. albicans foram determinadas pelo método de microdiluição. E, a ação das NPsAg combinadas com FLC, NIT e AnB também foi avaliada em condição planctônica contra isolados clínicos orais de espécies de Candida. O efeito dos nanocompostos associados ou não ao TIR sobre a viabilidade celular de fibroblastos da linhagem L929 e a produção de citocinas foi avaliado através dos ensaios de MTT e ELISA, respectivamente. O número de hifas foi quantificado em biofilmes de C. albicans formados na presença das NPsAg com ou sem soro fetal bovino (SFB). O efeito das NPsAg em inibir a formação do biofilme (em C. albicans e C. glabrata) também foi investigado através do ensaio de PrestoBlue e por meio da microscopia eletrônica de varredura. Os nanocompostos (NPsAg e NPsAg-GPCa) associados ou não ao TIR foram aplicados sobre biofilmes de S. mutans e de espécies de Candida (12 e 24 h) e, após 24 h de contato, sua atividade antibiofilme foi determinada por meio da enumeração das unidades formadoras de colônias (UFCs) e ensaio de PrestoBlue. Além disso, uma análise transcriptômica foi realizada utilizando microchips de DNA (‘microarrays’) a fim de avaliar quais genes estão mais ou menos expressos como resposta às NPsAg (no estado planctônico e formando biofilmes) e ao Íon Ag+ (formando biofilmes). As soluções antimicrobianas sintetizadas neste estudo (NPsAg e NPsAgGPCa) apresentaram atividade antimicrobiana contra os microrganismos testados. Além disso, menores valores de CIM foram obtidos quando estes nanocompostos foram associados ao TIR, FLC, NIT e AnB apresentando um efeito sinérgico. NPsAg e NPsAgGPCa não foram tóxicas às células L929, aumentaram a produção de fator de crescimento celular e não promoveram alterações significativas na liberação de Interleucina-6. Os nacompostos associados ao TIR não apresentaram efeito citotóxico sobre culturas de L929, exceto para a maior concentração (NPsAg – 39,05 µg/mL + TIR – 1,25 mM). A presença das NPsAg reduziu drasticamente o número de hifas em biofilmes de C. albicans na presença ou na ausência de SFB. A quantidade de biofilme das espécies de Candida formado na presença das NPsAg reduziu para mais de 50%. Após 24 h de tratamento com os nanocompostos (NPsAg e NPsAg-GPCa) em biofilmes de S. mutans, houve uma redução significativa no número de UFCs sendo similar à clorexidina. Uma redução na viabilidade de biofilmes de C. glabrata também foi observada após exposição às NPsAg (24 h). Entretanto, os nanocompostos (NPsAg e NPsAg-GPCa) associados ou não ao TIR não foram efetivos contra biofilmes de C. albicans. Após exposição às NPsAg e ao Íon Ag+ , alterações no transcriptoma de células de C.
glabrata CBS138 foram observadas:
no estado planctônico, houve uma superexpressão dos genes responsáveis pela biossíntese de metionina e de lisina e uma subexpressão dos genes relacionados com o transporte transmembrana; e, as células expostas às NPsAg responderam de forma distinta em relação ao Íon Ag+ , indicando que as NPsAg podem apresentar um mecanismo de ação diferente. Estes achados podem auxiliar nas decisões terapêuticas com formulações contendo NPsAg ou NPsAg-GPCa associadas ou não a diferentes drogas em pacientes com cárie dentária e candidíase oral(AU)
The aim of this study was to evaluate the antimicrobial/antibiofilm activities and the cell viability of silver nanoparticles (AgNPs) obtained by a ‘green’ synthesis associated or not to β-calcium glycerophosphate (CaGP) against Streptococcus mutans and Candida species (reference strains and oral clinical isolates including azole-resistant strains). The effect of these nanocompounds in combination with tyrosol (TYR), fluconazole (FLC), nystatin (NYT) and amphotericin B (AmB) also was evaluated. Furthermore, we evaluated, comparatively, the transcriptome alterations of cells of C. glabrata CBS138 after exposition to AgNPs and to silver ion (Ag+ ). Initially, AgNPs were synthesized by reducing silver nitrate with extracts of different parts (peel, leaves and seeds) of a pomegranate (Punica granatum L.) associated or not to CaGP. Minimum Inhibitory Concentration (MIC) and Minimum Fungicidal/Bactericidal Concentrations (MFC and MBC) of the nanocomposites (AgNPs and AgNPs-CaGP) associated or not to TYR against S. mutans and C. albicans were determined by the microdilution method. And, the action of the AgNPs combined with FLC, NYT and AmB also was evaluated in planktonic condition against oral clinical isolates of Candida species. The effect of the nanocomposites associated or not to TYR on cell viability of fibroblasts (L929) and cytokines production was evaluated through MTT and ELISA assays, respectively. The number of cells undergoing filamentation was quantified in C. albicans biofilms formed in the presence of AgNPs with or without fetal bovine serum (FBS). The effect of AgNPs in inhibit the formation of biofilm (in C. albicans and C. glabrata) also was investigated through PrestoBlue assay and scanning electron microscope. Biofilms of S. mutans and Candida species (12 and 24 h) were treated with nanocomposites (AgNPs and AgNPsCaGP) associated or not to TYR for 24 h and, then, the viability of these biofilms was determined through PrestoBlue assay and colony forming units (CFUs). Moreover, a transcriptome analysis was performed using microarrays to determine which genes are up- or down-regulated as response to AgNPs (in the planktonic state and forming biofilms) and to Ag+ ion (forming biofilms). Antimicrobial solutions synthesized in this study (AgNPs and AgNPs-CaGP) presented antimicrobial activity against tested microorganisms. Furthermore, lower values of MIC were obtained when these nanocompounds were associated to TYR, FLC, NYT and AmB showing a synergistic effect. AgNPs and AgNPs-CaGP were not toxic to L929 cells, increased the stem cell factor production and did not promote significant alterations in the Interleukine-6 release. The nanocomposites associated to TYR did not present cytotoxic effect on L929 cultures, except for the higher concentration (AgNPs – 39.05 µg/mL + TYR – 1.25 mM). The incubation in the presence of the AgNPs drastically reduced the number of cells exhibiting hyphae, this effect being observed either in the presence or absence of FBS. The amount of biofilm formed by Candida species in the presence of the AgNPs was reduced by more than 50% the one formed in the absence of the nanoparticles, this reduction being further increased to more than 90% when the concentration of the AgNPs was increased. After 24 h of treatment with the nanocompounds (AgNPs and AgNPs-CaGP) in S. mutans biofilms, there was a significant reduction in the number of CFUs being similar to chlorhexidine. A reduction in the viability of C. glabrata biofilms also was observed after exposition to AgNPs (24 h). However, the nanocomposites (AgNPs and AgNPs-CaGP) associated or not to TYR were not effective against C. albicans biofilms. After exposition to AgNPs and to Ag+ ion, alterations in the transcriptome of cells of C.