Los puntos de carbono dopados con cobre podrían ayudar a prevenir enfermedades infecciosas orales

Los puntos de carbono dopados con cobre podrían ayudar a prevenir enfermedades infecciosas orales


La decoloración de los dientes y las infecciones orales son causadas por la formación de biopelículas patogénicas y la colonización microbiana. Las medidas preventivas eficaces o las terapias curativas en odontología para superar estos problemas son limitadas.

Los puntos de carbono dopados con cobre podrían ayudar a prevenir enfermedades infecciosas bucales​​​​​​

​​​​​​Estudio: Puntos de carbono dopados con cobre para combatir la formación de biopelículas bacterianas, la infección de heridas y la decoloración de los dientes. Crédito de la foto: klyots/Shutterstock.com

En un artículo reciente publicado en la revista ACS Nano, los investigadores informaron que los puntos de carbono dopados con cobre (Cu-CD) podrían prevenir la adhesión bacteriana primaria y eliminar la formación de biopelículas microbianas en los tejidos orales a través de la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) y oxígeno ( o2).

Enfermedades infecciosas en la cavidad bucal humana.

La cavidad bucal humana alberga varias especies de bacterias que forman un entorno bacteriano. Unas pocas bacterias forman una biopelícula patógena en los tejidos orales a través de varios procesos biológicos y reacciones bioquímicas. Por otra parte, las bacterias latentes del biofilm pueden provocar localmente la recurrencia de infecciones crónicas. Las manchas dentales exógenas provocadas por diversas bebidas pueden tornarse marrones entre proteínas e hidratos de carbono y retener el cromóforo.

Aunque varios tratamientos tradicionales, incluidos los conductos radiculares, los medicamentos antibacterianos y los implantes dentales, podrían tratar las infecciones orales, estos métodos requieren ayuda profesional y no eliminan la biopelícula microbiana. Además, las estrategias de blanqueamiento invasivas están asociadas con muchos efectos secundarios. Para este propósito, el blanqueamiento químico basado en ROS, en el que los cromógenos coloreados se oxidan a pequeñas moléculas incoloras, es una estrategia prometedora.

Cu-CDs para solucionar problemas de infecciones bucales

En el presente estudio, los investigadores diseñaron y sintetizaron Cu-CD con actividades de eliminación de biopelículas, bactericidas, blanqueadoras y cicatrizantes para tratar infecciones orales. Los Cu-CD así preparados tenían actividades similares a la peroxidasa (similar a POD) y similares a la catalasa (similar a CAT) que mejoraron ROS y O2 producción en la cavidad bucal.

Las Cu-CD tenían una fuerte afinidad de unión con los lipopolisacáridos (LPS) y los peptidoglicanos (PGN), lo que garantizaba una captura eficiente y una mayor dosis local para exhibir una excelente actividad antibacteriana. Staphylococcus aureus, Streptococcus mutans, y Escherichia coli.

Al probar la eficacia de los Cu-CD en modelos de ratones, el equipo descubrió que los Cu-CD pueden eliminar la Streptococcus mutans Biopelícula sobre funciones duales de salida física de oxígeno y generación química de ROS. Además, como un nano-enjuague bucal, los Cu-CD así preparados eliminaron bacterias y destruyeron el biofilm en condiciones ligeramente ácidas y oxidaron el cromógeno, lo que resultó en un blanqueamiento dental.

Los investigadores demostraron que la exposición local de las nanoenzimas Cu-CD al microentorno oral humano podría prevenir una mayor patogénesis de las enfermedades infecciosas orales y la tinción dental resultante.

resultados del estudio​​​​​​

Las imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) confirmaron la síntesis exitosa de CD de Cu homogéneo esférico con un tamaño de partícula de 4,50 nanómetros. Las imágenes de microscopía de fuerza atómica (AFM) revelaron la topología de la superficie, y los Cu-CD mostraron una morfología gruesa con una altura promedio de 1,48 nanómetros.

Los espectros Raman mostraron el estado de hibridación del carbono. El desordenado y sp2 los átomos de carbono hibridados mostraron picos inversos a 1395 y 1622 centímetros, respectivamente. El potencial zeta de los CD cambió de -25,4 milivoltios a -28,3 milivoltios para los CD de Cu.

El infrarrojo por transformada de Fourier (FTIR) mostró los enlaces químicos en Cu-CD. Los picos de absorción a 3423, 3158, 1675 y 1388 centímetros corresponden inversamente a las vibraciones de estiramiento de los grupos hidroxilo (OH) o amina (NH), OH, carbonilo (C=O) y amina (CN), respectivamente. La presencia de los grupos hidrófilos antes mencionados en Cu-CD les proporcionó una buena estabilidad en el medio acuático.

La tecnología de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) confirmó la composición elemental de Cu-CD y CD junto con sus estados químicos. Los espectros mostraron los picos de carbono (C) 1s, oxígeno (O) 1s, nitrógeno (N) 1s y Cu 2p con los porcentajes atómicos de 40,06%, 14,65%, 5,41% y 0,53%, respectivamente.

Con base en las actividades de nanozimas, la actividad antibacteriana de Cu-CD se evaluó contra Staphylococcus aureus, Streptococcus mutans, y Escherichia coli por el método de conteo de células viables. Los investigadores descubrieron que exponer el cultivo bacteriano a Cu-CD a una concentración de 80 microgramos por mililitro durante 24 horas mató a casi el 99 % de ellas. Escherichia coli y Streptococcus mutans; En otras palabras, la concentración bactericida mínima (MBC) de Cu-CD es de 80 microgramos por mililitro. Por otra parte, estafilococo aureus requirió 120 microgramos por mililitro para una inhibición del 100%.

Las Cu-CD inducen una reacción de Fenton y producen ROS, que son necesarias para la actividad antibacteriana. Las altas concentraciones de ROS en las nanozimas de Cu-CD causaron la ruptura de la membrana celular bacteriana y, en consecuencia, dañaron los componentes subcelulares, incluidas las proteínas y el ADN, lo que finalmente provocó la muerte de la bacteria.

Conclusión​​​​​​

En resumen, los investigadores sintetizaron CD-Cu basados ​​en biomateriales impulsados ​​por enzimas para antibiopelículas, patógenos orales, blanqueamiento dental y cicatrización de heridas inducida por infecciones. Las actividades similares a CAT y POD de Cu-CD produjeron altos valores de O2 y ROS que muestran actividad antibacteriana.

Las fuerzas de unión entre las Cu-CD y los LPS o PGN derivados de la pared celular bacteriana promovieron significativamente la actividad antibacteriana, lo que llevó a la disociación de la biopelícula bacteriana a través de la actividad catalítica de las Cu-CD.

Los Cu-CD eliminaron las heridas inducidas por infecciones y promovieron la cicatrización de heridas a través de la actividad antiinfecciosa y la estimulación de la deposición de colágeno. Además, la generación de ROS a partir del Cu-CD/H2O2 Sistema promovido de blanqueamiento dental no destructivo.

Relación

Meng Liu, Ling Huang, Xingyi Xu, Xiaoming Wei, Xianfeng Yang, Xiaolei Li y otros. (2022). Puntos de carbono dopados con cobre para combatir la formación de biopelículas bacterianas, la infección de heridas y la decoloración de los dientes. ACS nano. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c02518

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