Characteristics of nanometric particles of metal oxides

Abstract

Вступ. У цьому міні-огляді розглядаються механізми пошкодження бактеріальних біоплівок (БП) частинками металів (Au, Ag, Fe, Cu, Zn, Mg) та їх оксидів (AuО, SiO, Fe2О3, Ag2O, CuO, TiO2, ZnO, і MgO). Акцентовано увагу на механізмі утворення активних форм кисню, які впливають на окисно-відновний стан бактеріальної клітини і, як наслідок, на її загибель. Більш детально розглянуто механізм антибактеріальної дії частинок ZnO, а також їх вплив на пористість і ступінь набухання апатит-біополімерного композиту. Через появу антибіотикорезистентності бактеріальних біоплівок стає все важче ефективно лікувати їх.

Матеріали та методи. Проведено аналітичний огляд наукових публікацій з використанням офіційних баз даних. Для досягнення мети застосовано науковий метод дослідження.

Результати. Дослідження показало, що наночастинки оксидів металів можуть мати шкідливий вплив на бактеріальні біоплівки за допомогою різних механізмів антибактеріальної дії, включаючи окислювальний стрес, інгібування біоплівки, інгібування синтезу білка та пошкодження ДНК, пошкодження метаболічних шляхів, проникнення через клітинну мембрану та взаємодія з клітинною стінкою і мембраною.

Висновок. Для подальшої утилізації наночастинок оксидів металів (міді, золота, срібла, титану, заліза) досліджено первинні механізми їх впливу на структуру бактеріальних біоплівок (ББ) на основі робіт, опублікованих у світовій науковій літературі. НЧ мають різні класифікації та відрізняються за хімічним складом і фізичними параметрами, такими як нанорозмір і співвідношення поверхні до об’єму.

Introduction. This mini-review examines the mechanisms of damage to bacterial biofilms (BB) by particles of metals (Au, Ag, Fe, Cu, Zn, Mg) and their oxides (AuО, SiO, Fe2О3, Ag2O, CuO, TiO2, ZnO, and MgO). Emphasis is placed on the mechanism which includes the formation of reactive oxygen species that affect the redox state of the bacterial cell and, as a result, its death. The mechanism of the antibacterial action of particles, ZnO, as well as their effect on the porosity and degree of swelling of the apatite-biopolymer composite, were considered in more detail. Due to the emergence of antibiotic resistance of bacterial biofilms, it has become increasingly difficult to treat them effectively.

Materials and Methods. An analytical review of scientific publications was conducted using official databases. The scientific research method was employed to achieve the objective.

Results. The study showed that nanoparticles of metal oxides could have a detrimental effect on bacterial biofilms using various mechanisms of antibacterial action, including oxidative stress, biofilm inhibition, inhibition of protein synthesis and DNA damage, damage to metabolic pathways, penetration through the cell membrane, and interaction with the cell wall and membrane.

Conclusion. To further utilize nanoparticles of metal oxides (copper, gold, silver, titanium, and iron), the primary mechanisms of their influence on the structure of bacterial biofilms (BBs) were studied based on papers published in the world’s scientific literature. NPs have different classifications and differ in chemical composition and physical parameters, such as nanosize and surface-to-volume ratio.