Alsaleh, NasserAlotaibi, Areej Monawar2023-01-31https://hdl.handle.net/20.500.14154/69253على مدى السنوات القليلة الماضية ظهرت البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية كتهديد عالمي لأنظمة الرعاية الصحية، بالتزامن مع نقص تطوير المضادات الحيوية. تُظهر العديد من المواد النانوية غير العضوية، وهي مواد مركبة بدقة في نطاق حجم يتراوح من ١ إلى ١٠٠ نانومتر، تطبيقات طبية حيوية واعدة، بما في ذلك الخصائص المضادة للميكروبات. والجدير بالذكر أن الجسيمات النانوية للفضة وأكسيد الزنك قد أظهرت خصائص مضادة للميكروبات فائقة ضد البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية، بوساطة آليات متعددة في وقت واحد. ومع ذلك، فإن أحد التحديات الرئيسية لاستخدام المواد النانوية غير العضوية هو سميتها. لذلك، هدفت الدراسات في هذه الأطروحة إلى التحقيق من الأنشطة المضادة للميكروبات للعديد من التوليفات القائمة على المواد النانوية غير العضوية مع المضادة الحيوية التقليدية ضد البكتيريا المقاومة للأدوية. على وجه التحديد، سعينا إلى تحديد الحد الأدنى من التركيزات المثبطة لجسيمات الفضة النانونية (التجارية -٥٤ نانومتر)، وجسيمات الفضة النانونية (المحلية - ٧٩ نانومتر)، وجسيمات أكسيد الزنك النانونية (٤٠٠ نانومتر)، وستة مضادات حيوية تقليدية. بعد ذلك، حددنا التآزر المحتمل بين الجسيمات النانوية والمضادات الحيوية ضد البكتيريا من النوع البري (إيجابية الجرام وسالبة الجرام) وكذلك سلالات الكلبسيلا الرئوية المقاومة للأدوية والمعزولة إكلينيكيًا من مستشفى الملك خالد الجامعي، جامعة الملك سعود، الرياض. أخيرًا، تضمنت دراساتنا أيضًا تقييم السمية الخلوية للتركيبات التآزرية القائمة على المواد النانوية غير العضوية في خلايا الكبد البشرية (في المختبر). أظهرت النتائج أن جسيمات الفضة النانونية (التجارية) لها نشاط مضاد للميكروبات ضد البكتيريا سالبة الجرام، حيث تراوح الحد الأدنى للتراكيز من ١٦ إلى ١٢٨ ميكروغرام / ملي. ومع ذلك، كان له نشاط مضاد للميكروبات ضئيل ضد البكتيريا موجبة الجرام (الحد الأدنى من التراكيز=٢٥٦ ميكروغرام / ملي). أظهرت جسيمات الفضة النانونية (المحلية) نشاطا ضئيل ضد البكتيريا موجبة الجرام وسالبة الجرام، والتي يمكن أن تُعزى إلى تكتلها العالي في الوسائط البكتيرية (مرق مولر هينتون المعدل الكاتيوني). علاوة على ذلك، لم تظهر جسيمات أكسيد الزنك النانونية أي نشاط مضاد للميكروبات ضد الإشريكية القولونية أو المكورت العنقودية الذهبية بتراكيز المختبرة (تصل إلى ١٩٢ ميكروغرام / ملي). لذلك، تم استخدام جسيمات الفضة النانونية (التجارية) فقط في الدراسات اللاحقة. نتج عن العلاج باستخدام جسيمات الفضة النانونية (التجارية) تآزرًا ممتازًا مع العوامل المضادة للميكروبات، بما في ذلك الكاناميسين، والكوليستين، والريفامبيسين، والفانكومايسين، ضد البكتريا الإشريكية القولونية من النوع البري وثلاث سلالات من الكلبسيلا الرئوية المقاومة للأدوية والمعزولة إكلينيكيًا، بينما لم تظهر تآزر مع الأمبيسيلين أو السيبروفلوكساسين. نتوقع أن يكون هذا التآزر ناتجًا عن تفاعل جسيمات الفضة النانونية مع غشاء الخلية، مما يسهل دخول المضادات الحيوية إلى البكتيريا. الأهم من ذلك، أن هذه المجموعات التآزرية أظهرت سمية ضئيلة أو معدومة في خلايا الكبد. معًا، تُظهر الدراسات الواردة في هذه الأطروحة القابلية للاستخدام العلاجي لجسيمات الفضة النانونية (التجارية) ضد البكتيريا المقاومة للأدوية.Antimicrobial-resistant (AMR) bacteria have emerged as a global threat to healthcare systems, coinciding with antimicrobial agent development shortages over the past few years. Several inorganic engineered nanomaterials (ENMs), precisely synthesized materials within a size range of 1–100 nanometers (nm), show promising biomedical applications, including antimicrobial properties. Notably, silver (AgNPs) and zinc oxide (ZnONPs) nanoparticles have demonstrated superior antimicrobial properties against AMR bacteria, mediated through multiple antimicrobial mechanisms simultaneously. However, one major challenge for using ENMs is their toxicity. Therefore, studies in this thesis aimed to investigate the antimicrobial activities of several ENM-based combinations with conventional antimicrobial agents against wild-type and clinical isolates AMR bacteria. Specifically, we sought to determine the minimal inhibitory concentrations (MIC) values of commercial (cm-AgNPs; 54nm), locally synthesized (co-AgNPs; 79nm), ZnONPs (400nm), and six conventional antimicrobial agents. After that, we determined the potential synergy between nanoparticles and these antimicrobial agents against wild-type Gram- positive and Gram-negative bacteria as well as AMR-Klebsiella pneumoniae strains clinically isolated from King Khaled University Hospital, King Saud University, Riyadh. Lastly, our studies also included the assessment of cytotoxicity of ENM-based synergistic combinations in an in vitro human hepatocyte model. The results showed that cm-AgNPs had excellent antibacterial activity against Gram-negative bacteria, with MICs ranging from 16 to 128 μg/mL; however, it had minimal antimicrobial activity against Gram- positive bacteria (MICs= 256 μg/mL). The co-AgNPs displayed minimal antibacterial responses against Gram-positive and Gram-negative bacteria, which might be attributed to their high agglomeration in bacterial media (Cation-adjusted Mueller-Hinton broth). Moreover, ZnONPs exhibited no antibacterial activity against Escherichia coli (E.coli) or Staphylococcus aureus at the tested concentrations (up to 192 μg/mL). Therefore, only cm- AgNPs was used in subsequent studies. Treatment with cm-AgNPs resulted in excellent synergy with antimicrobial agents, including kanamycin, colistin, rifampicin, and vancomycin, against wild-type E.coli and three AMR-K.pneumoniae strains, while combinations of cm-AgNPs and ampicillin or ciprofloxacin displayed no synergy. We speculate that such synergy might be due to AgNPs-induced cell membrane interaction, thereby facilitating antimicrobial agent entry into bacteria. Importantly, these synergistic combinations demonstrated minimal to no toxicity in the liver cells. Together, studies reported in this thesis demonstrate the potential therapeutic use of cm-AgNPs against AMR bacteria.106en-USsynergismantimicrobialcytotoxicityinorganic nanoparticlesnanomaterialsAntimicrobial resistantThesis