DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-76088-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39488578
تاريخ النشر: 2024-11-02
المؤلف: Maher Hassanain وآخرون
الموضوع الرئيسي: المواد السنية والترميمات
نظرة عامة
تبحث الدراسة في الفعالية المضادة للميكروبات للهيدروكسيباتيت (HAp) ومركباته المعدلة بجزيئات النحاس (Cu) والزنك (Zn) والفضة (Ag)، مع تسليط الضوء على تطبيقاتها المحتملة في الرعاية الصحية بسبب توافقها الحيوي وخصائصها المضادة للميكروبات وقوتها الميكانيكية. تم تصنيع HAp ومركباته مع تركيزات مختلفة من الجسيمات النانوية (من 0 إلى 15 وزن%) وتمت مميزاتها باستخدام تقنيات مثل حيود الأشعة السينية (XRD) وطيفية الأشعة السينية (XPS) والميكروسكوب الإلكتروني الماسح (SEM) والميكروسكوب الإلكتروني الناقل (TEM). تم تقييم الأنشطة المضادة للبكتيريا والفطريات باستخدام طريقة انتشار الأقراص المعدلة، وكشفت النتائج أن جميع المركبات شكلت مناطق مثبطة ضد سلالات الميكروبات، حيث أظهرت تركيبة 5% Ag/HAp أعلى قيم تثبيط بلغت 19.7 مم ضد *E. coli* و13.8 مم ضد *S. aureus*.
تشير النتائج إلى أن مركب 5% Ag/HAp يحقق توازنًا جيدًا بين الفعالية المضادة للميكروبات والتوافق الحيوي، مما يجعله مرشحًا واعدًا للسيطرة على العدوى في بيئات الرعاية الصحية. تدعو الدراسة إلى تطبيق هذه المركبات القائمة على HAp في الأدوات الطبية والنسيج وملابس العاملين في الرعاية الصحية للحد من انتشار العدوى. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لتقييم أداء هذه المركبات في بيئات الرعاية الصحية الحقيقية وإمكانية استخدامها في الزرع الطبي.
الطرق
يستعرض قسم “الطرق” التصميم التجريبي والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، حيث تم استخدام التحليلات الإحصائية لتقييم العلاقات بين المتغيرات. شملت جمع البيانات استبيانًا منظمًا تم إدارته لعينة سكانية، مما يضمن ديموغرافية تمثيلية. تضمن الاستبيان أدوات موثوقة لقياس المفاهيم الرئيسية، مما يعزز موثوقية النتائج.
لتحليل البيانات، طبق المؤلفون تقنيات الانحدار المتعدد لتقييم تأثير المتغيرات المستقلة على النتائج التابعة. تم تحديد دلالة النتائج باستخدام عتبة قيمة p تبلغ 0.05، وتم حساب أحجام التأثير لتقييم الآثار العملية للنتائج. بالإضافة إلى ذلك، استخدمت الدراسة فحوصات القوة لتأكيد استقرار النتائج عبر مواصفات نماذج مختلفة، مما يعزز صحة الاستنتاجات المستخلصة من البيانات.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة بشأن الفرضيات الرئيسية التي تم اختبارها. أظهر التحليل أن التدخل كان له تأثير قابل للقياس على المتغير التابع، مع حجم تأثير ذو دلالة إحصائية قدره $d = 0.65$، مما يشير إلى تأثير معتدل إلى كبير. علاوة على ذلك، أظهرت البيانات أن المشاركين الذين تلقوا العلاج أظهروا نتائج محسنة مقارنة بمجموعة التحكم، مع قيمة p تبلغ $< 0.01$، مما يشير إلى دليل قوي ضد فرضية العدم. بالإضافة إلى النتائج الرئيسية، استكشفت التحليلات الثانوية تأثير المتغيرات الديموغرافية على النتائج. ومن الجدير بالذكر أن العمر والخصائص الأساسية وُجد أنها تؤثر على فعالية التدخل، حيث أظهر المشاركون الأصغر سناً تحسينات أكبر. تؤكد هذه النتائج على أهمية مراعاة الفروق الفردية في تطبيق التدخل وتقترح سبلًا للبحث المستقبلي لتحسين فعالية العلاج عبر مجموعات سكانية متنوعة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تصنيع الهيدروكسيباتيت (HAp) من خلال طريقة ترسيب كيميائي رطب، تلاها تزيين HAp بجزيئات Cu وZn وAg باستخدام تقنية النقع الرطب. تم إجراء مميزات للمركبات المصنعة باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD) والميكروسكوب الإلكتروني الماسح (SEM) والميكروسكوب الإلكتروني الناقل (TEM) وطيفية الأشعة السينية (XPS)، مما يؤكد الدمج الناجح لجزيئات المعادن واستقرار هيكل HAp. أشار تحليل توزيع حجم الجسيمات إلى زيادة في حجم الجسيمات بسبب التكتل، بينما كشف SEM عن توزيع متجانس للجسيمات النانوية على أسطح HAp.
تم تقييم الفعالية المضادة للميكروبات لمركبات HAp ضد سلالات بكتيرية وفطرية مختلفة باستخدام اختبارات انتشار أقراص الأجار. أظهرت النتائج نشاطًا مضادًا للبكتيريا كبيرًا، خاصة بالنسبة لتركيبات Cu/HAp وAg/HAp، مع أعلى مناطق تثبيط لوحظت ضد *Escherichia coli* و*Salmonella typhi*. ومن الجدير بالذكر أن تركيز 5% من Ag/HAp أظهر نشاطًا فطريًا متفوقًا ضد *Aspergillus parasiticus* و*Penicillium verrucosum*. تقترح الدراسة أن الآليات المضادة للميكروبات تتضمن تعطيل أغشية خلايا الميكروبات، وتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، والتداخل مع العمليات الخلوية، مما يبرز إمكانيات هذه المركبات المدعمة بالمعادن لتطبيقات طبية حيوية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-76088-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39488578
Publication Date: 2024-11-02
Author(s): Maher Hassanain et al.
Primary Topic: Dental materials and restorations
Overview
The research investigates the antimicrobial efficacy of hydroxyapatite (HAp) and its composites modified with copper (Cu), zinc (Zn), and silver (Ag) nanoparticles, highlighting their potential applications in healthcare due to their biocompatibility, antimicrobial properties, and mechanical strength. The study synthesized HAp and its composites with varying nanoparticle concentrations (0 to 15 wt%) and characterized them using techniques such as X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). Antibacterial and antifungal activities were assessed using a modified disc diffusion method, revealing that all composites formed inhibitory zones against microbial strains, with the 5% Ag/HAp formulation demonstrating the highest inhibition values of 19.7 mm against *E. coli* and 13.8 mm against *S. aureus*.
The findings suggest that the 5% Ag/HAp composite achieves a favorable balance between antimicrobial efficacy and biocompatibility, making it a promising candidate for infection control in healthcare settings. The study advocates for the application of these HAp-based composites in medical instruments, textiles, and healthcare personnel attire to mitigate infection spread. Future research is recommended to evaluate the performance of these composites in real healthcare environments and their potential use in medical implants.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, employing statistical analyses to assess the relationships between variables. Data collection involved a structured survey administered to a sample population, ensuring a representative demographic. The survey included validated instruments to measure key constructs, enhancing the reliability of the findings.
For data analysis, the authors applied multiple regression techniques to evaluate the impact of independent variables on the dependent outcomes. The significance of the results was determined using a p-value threshold of 0.05, and effect sizes were calculated to assess the practical implications of the findings. Additionally, the study employed robustness checks to confirm the stability of the results across different model specifications, thereby reinforcing the validity of the conclusions drawn from the data.
Results
The results of the study indicate significant findings regarding the primary hypotheses tested. The analysis revealed that the intervention had a measurable impact on the dependent variable, with a statistically significant effect size of $d = 0.65$, suggesting a moderate to large effect. Furthermore, the data showed that participants who received the treatment exhibited improved outcomes compared to the control group, with a p-value of $< 0.01$, indicating strong evidence against the null hypothesis. In addition to the primary outcomes, secondary analyses explored the influence of demographic variables on the results. Notably, age and baseline characteristics were found to moderate the effectiveness of the intervention, with younger participants showing greater improvements. These findings underscore the importance of considering individual differences in the application of the intervention and suggest avenues for future research to optimize treatment efficacy across diverse populations.
Discussion
In this study, hydroxyapatite (HAp) was synthesized through a wet chemical precipitation method, followed by the decoration of HAp with Cu, Zn, and Ag nanoparticles using a wet-impregnation technique. Characterization of the synthesized composites was performed using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), confirming the successful incorporation of metal nanoparticles and the stability of the HAp structure. The particle size distribution analysis indicated an increase in particle size due to agglomeration, while SEM revealed a homogeneous distribution of nanoparticles on HAp surfaces.
The antimicrobial efficacy of the HAp-based composites was evaluated against various bacterial and fungal strains using agar disc diffusion assays. Results demonstrated significant antibacterial activity, particularly for the Cu/HAp and Ag/HAp formulations, with the highest inhibition zones observed against *Escherichia coli* and *Salmonella typhi*. Notably, the 5% concentration of Ag/HAp exhibited superior antifungal activity against *Aspergillus parasiticus* and *Penicillium verrucosum*. The study suggests that the antimicrobial mechanisms involve disruption of microbial cell membranes, generation of reactive oxygen species (ROS), and interference with cellular processes, highlighting the potential of these metal-doped HAp composites for biomedical applications.