Evaluación in vitro de la actividad antibiopelícula de nanocompositos con y sin antibiótico en biopelículas monoespecie de aislados clínicos

Abstract

El tratamiento de infecciones en pacientes con catéter venoso central (CVC) se ha convertido en un desafío para el sector salud, debido a su asociación con agentes patógenos formadores de biopelículas, las cuales son definidas como un consorcio de microorganismos que crecen embebidos en una matriz de exopolisacáridos. Estas estructuras les proporcionan a los microorganismos resistencia contra los antibióticos y el sistema inmune del huésped, además de conferirles la capacidad de diseminarse a otros sitios del cuerpo. Con la finalidad de evitar la formación de biopelículas en sus etapas tempranas, se han propuesto estrategias como el recubrimiento antimicrobiano y modificaciones superficiales de los dispositivos médicos. El uso de nanopartículas de plata (AgNPs) y polímeros naturales como el quitosán, son de gran interés por su actividad antimicrobiana y biocompatibilidad, respectivamente. El propósito de este estudio fue formular hidrogeles de quitosán cargados con diferentes concentraciones de AgNPs y ampicilina (AMP), antimicrobianos que previamente mostraron acción sinérgica, para prevenir la formación temprana de biopelículas de microorganismos multirresistentes de aislamientos clínicos. Los hidrogeles de quitosán se caracterizaron utilizando diferentes técnicas analíticas: reometría, espectroscopía infrarroja por transformada de fourier (FTIR), espectroscopía Raman y microscopía electrónica de barrido (MEB). El efecto antibiopelícula se estudió contra cuatro aislados clínicos multirresistentes (Acinetobacter baumannii, Enterobacter cloacae, Enterococcus faecium y Staphylococcus epidermidis) por el modelo de colonia. Además, el efecto citotóxico de los hidrogeles se evalúo sobre fibroblastos dérmicos humanos (FDH). Se encontró que los hidrogeles formulados fueron biocompatibles con los FDH y capaces de inhibir la formación de biopelículas de microorganismos multirresistentes. Los resultados sugieren que los hidrogeles de quitosán cargados con agentes antimicrobianos (AgNPs y AMP) podrían ser utilizados como tratamiento profiláctico en pacientes con CVC, al inhibir la formación de biopelículas en etapas tempranas.

The treatment of infections in patients with central venous catheter (CVC) has become a challenge for the healthcare services, due to its association with biofilm-forming of pathogen agents, which is defined as a consortium of microorganisms that grow embedded in an exopolysaccharide matrix. These structures provide resistance against antibiotics and the host’s immune system, as well as the ability to spread to other sites in the body. In order to avoid the formation of biofilms in their early stages, strategies such as antimicrobial coating and surface modifications of medical devices have been proposed. The use of silver nanoparticles (AgNPs) and natural polymers such as chitosan, are of great interest for their antimicrobial activity and biocompatibility, respectively. The purpose of this study was to generate chitosan hydrogels loaded with different concentrations of AgNPs and ampicillin (AMP) to prevent early biofilm formation of multi-resistant microorganisms isolated from patients with medical devices. Chitosan hydrogels were characterized using different analytical techniques such as rheological test, fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, Raman spectroscopy and scanning electron microscopy (SEM). The antibiofilm effect of the different formulations was studied against four representative multi-resistant clinical isolates (Acinetobacter baumannii, Enterobacter cloacae, Enterococcus faecium y Staphylococcus epidermidis) using the colony biofilm model. Moreover, the cytotoxic effect of chitosan hydrogels was evaluated on human dermal fibroblasts (HDF). It was found that the formulated chitosan hydrogels were biocompatible with HDF and able of inhibiting the formation of biofilms of multi-resistant microorganisms. The results suggest that chitosan hydrogels loaded with antimicrobial agents (AgNPs and AMP) could be used as prophylactic treatment in patients with CVC, by inhibiting the formation of biofilms in early stages.