DOI: https://doi.org/10.3390/nano15030202
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39940178
تاريخ النشر: 2025-01-27
المؤلف: Thibault Frippiat وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجسيمات النانوية: التركيب والتطبيقات
نظرة عامة
ظهرت جزيئات الفضة النانوية (AgNPs) كتركيز مهم في الطب البيطري بسبب خصائصها المضادة للميكروبات القوية وتطبيقاتها العلاجية المتنوعة. تستعرض هذه المراجعة السردية الأدلة المتعلقة بالآليات التي من خلالها تمارس AgNPs تأثيراتها المضادة للميكروبات، بما في ذلك إطلاق أيونات الفضة، وتعطيل الهياكل الخلوية، وتحفيز الإجهاد التأكسدي، والتداخل مع تكاثر الممرضات وسلامة الحمض النووي. تتأثر فعالية AgNPs بخصائصها الفيزيائية مثل الحجم والشكل والشحنة السطحية والتركيز، مما يعزز فعاليتها ضد مجموعة متنوعة من الممرضات، بما في ذلك البكتيريا والفيروسات والفطريات.
تشمل التطبيقات الحالية لـ AgNPs في الطب البيطري استراتيجيات الوقاية من العدوى والعلاج، لا سيما في رعاية الجروح، وتغطية الزرع الجراحي، وإدارة عدوى المسالك الهوائية. بالإضافة إلى ذلك، فإن قدرتها على منع تكوين الأغشية الحيوية تعالج تحديًا كبيرًا في العدوى البكتيرية المزمنة. تشير الأبحاث إلى أن AgNPs قد تحسن أيضًا صحة ونمو الماشية عند استخدامها كمكملات غذائية من خلال تحفيز الاستجابات المناعية وتعزيز ميكروبيوتا الأمعاء، مما قد يقلل من الاعتماد على المضادات الحيوية في تربية الحيوانات. ومع ذلك، فإن المزيد من التحقيقات ضرورية لتوضيح السلامة والفعالية والتأثيرات طويلة المدى لـ AgNPs على صحة الحيوانات والبشر والبيئة. بشكل عام، يبدو أن مستقبل AgNPs في علم الأدوية البيطرية واعد، لا سيما مع استمرار تقدم النانوميدسين.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الخصائص الفريدة وتطبيقات الفضة، لا سيما في شكلها العنصري (Ag^0) وكأيونات فضة (Ag^+). تتميز الفضة، التي تحمل الرقم الذري 47، بتفاعلها العالي بسبب وجود إلكترون واحد في الغلاف الخارجي، مما يؤدي إلى استخدامها في أشكال متنوعة، بما في ذلك العملات والمجوهرات والتطبيقات الصناعية. تسلط الورقة الضوء على أهمية جزيئات الفضة النانوية (AgNPs)، التي تتراوح من 1 إلى 100 نانومتر في الحجم، وتظهر تفاعلية معززة وخصائص فيزيائية فريدة مقارنةً بالفضة الكتلية. لقد جذبت هذه الجزيئات الانتباه في الطب والطب البيطري بسبب خصائصها المضادة للميكروبات القوية، مما يجعلها بدائل واعدة للمضادات الحيوية التقليدية في ظل تزايد مقاومة المضادات الحيوية.
تُعزى الفعالية المضادة للميكروبات لـ AgNPs بشكل أساسي إلى حالتها الأكسيدية، حيث يمكن أكسدة Ag^0 إلى Ag^+ في وجود عوامل مؤكسدة، مما يولد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) التي تتفاعل مع مكونات الميكروبات. تشمل العوامل التي تؤثر على هذه العملية الأكسيدية حجم AgNPs وطلاء السطح، بالإضافة إلى الظروف البيئية مثل الرقم الهيدروجيني ووجود مواد عضوية متنوعة. تهدف المراجعة إلى تلخيص التطبيقات الحالية لـ AgNPs في الطب البيطري واستكشاف اتجاهات البحث المستقبلية، مع الإشارة إلى أن الخصائص المضادة للبكتيريا قد تم دراستها بشكل أكثر شمولاً مقارنةً بالأنشطة المضادة للفيروسات والفطريات.
مناقشة
يمكن تحقيق تخليق جزيئات الفضة النانوية (AgNPs) من خلال طرق متنوعة، تُصنف إلى نهج من الأعلى إلى الأسفل ومن الأسفل إلى الأعلى. يتضمن النهج من الأعلى إلى الأسفل، الذي يعتمد بشكل أساسي على الفيزياء، تكسير الفضة الكتلية إلى جزيئات نانوية، مما ينتج عنه نقاء عالٍ وتوزيع حجم موحد ولكن غالبًا ما يتطلب معدات متطورة ومدخلات طاقة. على العكس من ذلك، يتضمن النهج من الأسفل إلى الأعلى، الذي يشمل الطرق الكيميائية والبيولوجية، تجميع الجزيئات النانوية من مكونات جزيئية. بينما يسمح التخليق الكيميائي بإنتاج سريع والتحكم في الحجم، فإنه غالبًا ما يتضمن إضافات سامة تحد من التطبيقات الطبية. يقدم التخليق البيولوجي، الذي يستخدم الجزيئات الكبيرة الطبيعية من الكائنات الحية، بديلاً صديقًا للبيئة، مما يبسط العملية ويقلل من مخاطر البيولوجيا الخطرة.
تظهر AgNPs خصائص مضادة للبكتيريا ملحوظة بسبب خصائصها المعتمدة على الحجم وقدرتها على إطلاق أيونات الفضة ($Ag^+$)، التي تعطل سلامة الخلايا البكتيرية وتحفز الإجهاد التأكسدي. تشمل آليات العمل الارتباط بالحمض النووي البكتيري، وتوليد أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، والتداخل مع الإنزيمات البكتيرية الحيوية. تؤثر عوامل مثل الحجم والشكل والشحنة السطحية والتركيز بشكل كبير على فعاليتها المضادة للبكتيريا. على الرغم من أن AgNPs فعالة ضد مجموعة متنوعة من البكتيريا، فإن المخاوف بشأن آليات مقاومة البكتيريا المحتملة، بما في ذلك التجمع وتكوين الأغشية الحيوية، تتطلب مزيدًا من البحث لفهم آثارها طويلة المدى. بشكل عام، تحمل AgNPs وعدًا لتطبيقات متنوعة، ولكن من الضروري النظر بعناية في طرق تخليقها وتطوير المقاومة المحتمل لضمان استخدامها الفعال في السياقات الطبية والبيئية.
DOI: https://doi.org/10.3390/nano15030202
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39940178
Publication Date: 2025-01-27
Author(s): Thibault Frippiat et al.
Primary Topic: Nanoparticles: synthesis and applications
Overview
Silver nanoparticles (AgNPs) have emerged as a significant focus in veterinary medicine due to their potent antimicrobial properties and diverse therapeutic applications. This narrative review synthesizes evidence regarding the mechanisms through which AgNPs exert their antimicrobial effects, including the release of silver ions, disruption of cellular structures, induction of oxidative stress, and interference with pathogen replication and DNA integrity. The efficacy of AgNPs is influenced by their physical characteristics such as size, shape, surface charge, and concentration, which enhance their effectiveness against a variety of pathogens, including bacteria, viruses, and fungi.
Current applications of AgNPs in veterinary medicine include infection prevention and treatment strategies, particularly in wound care, surgical implant coatings, and management of airway infections. Additionally, their potential to prevent biofilm formation addresses a significant challenge in chronic bacterial infections. Research indicates that AgNPs may also improve livestock health and growth when used as feed supplements by stimulating immune responses and enhancing gut microbiota, potentially reducing antibiotic reliance in animal husbandry. However, further investigation is essential to fully elucidate the safety, efficacy, and long-term impacts of AgNPs on animal, human, and environmental health. Overall, the future of AgNPs in veterinary pharmacology appears promising, particularly as advancements in nanomedicine continue to evolve.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the unique properties and applications of silver, particularly in its elemental form (Ag^0) and as silver ions (Ag^+). Silver, with atomic number 47, is characterized by its high reactivity due to a single outer shell electron, leading to its use in various forms, including coins, jewelry, and industrial applications. The paper highlights the significance of silver nanoparticles (AgNPs), which range from 1 to 100 nanometers in size, exhibiting enhanced reactivity and unique physical properties compared to bulk silver. These nanoparticles have garnered attention in medicine and veterinary medicine due to their potent antimicrobial properties, positioning them as promising alternatives to traditional antibiotics amid rising antibiotic resistance.
The antimicrobial efficacy of AgNPs is primarily attributed to their oxidation state, where Ag^0 can be oxidized to Ag^+ in the presence of oxidizing agents, generating reactive oxygen species (ROS) that interact with microbial components. Factors influencing this oxidation process include the size and surface coatings of AgNPs, as well as environmental conditions such as pH and the presence of various organic materials. The review aims to summarize the current applications of AgNPs in veterinary medicine and explore future research directions, noting that antibacterial properties have been more extensively studied compared to antiviral and antifungal activities.
Discussion
The synthesis of silver nanoparticles (AgNPs) can be achieved through various methods, categorized into top-down and bottom-up approaches. The top-down approach, primarily physical, involves breaking down bulk silver into nanoparticles, yielding high purity and uniform size distribution but often requiring sophisticated equipment and energy input. Conversely, the bottom-up approach, which includes chemical and biological methods, assembles nanoparticles from molecular components. While chemical synthesis allows for rapid production and size control, it often involves toxic additives that limit medical applications. Biological synthesis, utilizing natural macromolecules from organisms, presents an eco-friendly alternative, simplifying the process and reducing biohazard risks.
AgNPs exhibit remarkable antibacterial properties due to their size-dependent characteristics and ability to release silver ions ($Ag^+$), which disrupt bacterial cell integrity and induce oxidative stress. The mechanisms of action include binding to bacterial DNA, generating reactive oxygen species (ROS), and interfering with critical bacterial enzymes. Factors such as size, shape, surface charge, and concentration significantly influence their antibacterial efficacy. Although AgNPs are effective against various bacteria, concerns about potential bacterial resistance mechanisms, including aggregation and biofilm formation, necessitate further research to understand their long-term implications. Overall, AgNPs hold promise for diverse applications, but careful consideration of their synthesis methods and potential resistance development is essential for their effective use in medical and environmental contexts.