Nanostructures for Antimicrobial and Antibiofilm Applications

در پیگیری پیشرفت تکنولوژی در زمینه بیوتکنولوژی و صنایع داروسازی برای مقابله با مسائل بهداشتی، عفونت‌های باکتریایی یکی از علل اصلی مرگ و میر و ناخوشی باقی می‌ماند. توانایی پاتوژن‌های باکتریایی برای تشکیل بیوفیلم‌ها با نشان دادن مقاومت به آنتی‌بیوتیک‌های معمولی، وضعیت را بیشتر تراکم می‌کند. برای غلبه بر این مشکل جدی، متابولیت های زیست فعال و سایر محصولات طبیعی برای مبارزه با عفونت های باکتریایی و پیامدهای سلامتی مرتبط با بیوفیلم مورد بهره برداری قرار گرفتند. محصولات طبیعی نتایج امیدوارکننده ای را در شرایط آزمایشگاهی نشان دادند، اما. کارایی آنها در شرایط in vivo به دلیل حلالیت کم، فراهمی زیستی و مسائل زیست سازگاری مبهم باقی می ماند. در این سناریو، مداخلات نانوفناوری بستری چندوجهی برای تحویل هدفمند ترکیبات فعال زیستی با انتشار آهسته و پایدار ترکیبات شبه دارو فراهم می‌کند. خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد، زیست سازگاری و طبیعت دوستدار محیط زیست نانوساختارهای الهام گرفته شده از زیست، زمینه زیست شناسی را برای ریشه کنی عفونت های میکروبی و عوارض مربوط به بیوفیلم متحول کرده است.

نانوذرات فلزی و اکسید فلزی مبتنی بر فناوری نانو سبز و نانوذرات پلیمری به طور منظم برای کاربردهای ضد میکروبی و آنتی بیوفیلم بدون ایجاد آسیب به بافت میزبان استفاده می‌شوند. بنابراین، پیامدهای این نانوذرات در دستیابی به پایداری در کشاورزی با ایجاد مقاومت سیستمیک در برابر انواع بیماری‌زای گیاهی، نقش مهمی در رشد و بهره‌وری محصول دارد. همچنین ظهور نانومواد هوشمند و هیبریدی مانند نانوکامپوزیت‌های پلیمری مبتنی بر فلز، نانومواد مبتنی بر لیپید و لیپوزوم‌ها پتانسیل ذاتی برای ریشه‌کن کردن عفونت‌های مرتبط با بیوفیلم باکتریایی را دارند.

توسعه اخیر نانومواد مبتنی بر کربن مانند نانولوله‌های کربنی (CNTs) و نانومواد مبتنی بر سیلیس مانند نانوذرات سیلیکا مزوپور (MSNs) همچنین از یک هدف از شرایط وحشتناک مراقبت‌های بهداشتی مانند سرطان، بیماری‌های تعدیل‌کننده سیستم ایمنی و عفونت های میکروبی، و همچنین مسائل مربوط به بیوفیلم به دلیل مشخصات پایداری، زیست سازگاری، و خواص فیزیکی و شیمیایی منحصر به فرد آنها.

اخیراً رویکردهای فیزیکی جدید مانند فوتوترمال درمانی (PTT) و درمان فتودینامیک ضد میکروبی (aPDT) نیز انقلابی در استراتژی‌های مرسوم ایجاد کرده و در ریشه‌کن کردن عفونت‌های مرتبط با بیوفیلم میکروبی و پیامدهای سلامت مرتبط با آن نقش دارند. این پیشرفت‌های امیدوارکننده در توسعه استراتژی‌های جدید برای درمان عفونت‌های میکروبی و پدیده مقاومت چند دارویی مرتبط با بیوفیلم (MDR) ممکن است راه‌های جدیدی و کمک به درمان‌های ضد میکروبی مرسوم ارائه دهد.

In the pursuit of technological advancement in the field of biotechnology and pharmaceutical industries to counteract health issues, bacterial infections remain a major cause of morbidity and mortality. The ability of bacterial pathogens to form biofilms further agglomerates the situation by showing resistance to conventional antibiotics. To overcome this serious issue, bioactive metabolites and other natural products were exploited to combat bacterial infections and biofilm-related health consequences. Natural products exhibited promising results in vitro, however; their efficacy in in vivo conditions remain obscured due to their low-solubility, bioavailability, and biocompatibility issues. In this scenario, nanotechnological interventions provide a multifaceted platform for targeted delivery of bioactive compounds by slow and sustained release of drug-like compounds. The unique physico-chemical properties, biocompatibility and eco-friendly nature of bioinspired nanostructures has revolutionized the field of biology to eradicate microbial infections and biofilm-related complications.

The green-nanotechnology based metal and metal oxide nanoparticles and polymeric nanoparticles have been regularly employed for antimicrobial and antibiofilm applications without causing damage to host tissues. The implications of these nanoparticles toward achieving sustainability in agriculture by providing systemic resistance against a variety of phytopathogens therefore plays crucial role in growth and crop productivity. Also the advent of smart and hybrid nanomaterials such as metal-based polymer nanocomposites, lipid-based nanomaterials and liposomes have the inherent potential to eradicate bacterial biofilm-related infections in an efficient manner.

The recent development of carbon-based nanomaterials such as carbon nanotubes (CNTs) and silica based nanomaterials such as mesoporous silica nanoparticles (MSNs) also exploit a target of dreadful healthcare conditions such as cancer, immunomodulatory diseases, and microbial infections, as well as biofilm-related issues owing to their stability profile, biocompatibility, and unique physio-chemical properties.

Recently novel physical approaches such as photothermal therapy (PTT) and antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) also revolutionized conventional strategies and are engaged in eradicating microbial biofilm-related infections and related health consequences. These promising advancements in the development of novel strategies to treat microbial infections and biofilm-related multidrug resistance (MDR) phenomenon may provide new avenues and aid to conventional antimicrobial therapeutics.