Chitozan

Chitozan to biopolimer polisacharydowy, pochodzący z naturalnie występującej chityny, używany jako biomateriał ze względu na swoje unikalne właściwości biologiczne: biozgodność, biodegradowalność, bioaktywność oraz nietoksyczność. Takie cechy promują szeroki zakres stosowania chitozanu, np. do produkcji opakowań, dzięki wykazywaniu wysokiej skuteczności w zapobieganiu psucia się produktów żywnościowych poprzez zabijanie patogennych mikroorganizmów zanieczyszczających. Działanie przeciwdrobnoustrojowe chitozanu można przypisać zasadowemu charakterowi polimeru i zawartości amin w jego strukturze. Polimer może zakłócać funkcje błony bakteryjnej, sprzyjając wyciekowi składników wewnątrzkomórkowych i powodując inhibicję transportu składników odżywczych do komórek. Działanie antybakteryjne może także determinować zdolność chitozanu do kompleksowania jonów metali, potrzebnych komórkom bakteryjnym do prawidłowego funkcjonowania i rozwoju. Z kolei karboksymetylochitozan (CMCS) wykazuje dużą lepkość, biodegradowalność, biokompatybilnosć i nietoksyczność. Ma zdolność do tworzenia błon, włókien i hydrożeli. Funkcjonuje jako: środek bakteriobójczy, środek zatrzymujący wilgoć, sztuczna kość i skóra, środek opatrunkowy na rany i antykoagulant krwi i może przyczynić się do tworzenia nośników leków. 

Nanocząstki srebra

Srebro znane jest m.in. jako środek antyseptyczny i przeciwdrobnoustrojowy przeciwko bakteriom Gram-dodatnim i Gram-ujemnym, a także przeciwgrzybiczy, antywirusowy i przeciwzapalny. Nanocząsteczki srebra wzbudziły szczególnie duże zainteresowanie badaczy ze względu na ich ważne zastosowanie przeciwbakteryjne podczas rosnącego zagrożenia opornością na antybiotyki. Uznaje się, że nanocząsteczki srebra mogą przyczepiać się do ściany komórkowej, zaburzając w ten sposób przepuszczalność ściany komórkowej i oddychanie komórkowe, a także przenikać do wnętrza komórki, powodując uszkodzenia poprzez interakcję ze związkami zawierającymi fosfor i siarkę, takimi jak DNA i białko. Ze względu na te właściwości nanocząstki srebra są wykorzystywane w produkcji medycznych tworzyw i materiałów, np. stomatologicznych i chirurgicznych. Stosuje się je także w tekstyliach jako dodatki do żywności oraz opakowaniach i tworzywach sztucznych w celu wyeliminowania rozwijających się mikroorganizmów.

Nanokompozyty chitozanowo-srebrowe

Obecnie w wyniku wzrastającej lekooporności bakterii poszukuje się nowych środków terapeutycznych do walki z chorobotwórczymi mikroorganizmami. Szerokie zastosowanie w tej kwestii ma nanotechnologia – jednymi z najbardziej skutecznych materiałów są nanokompozyty oparte na nanocząstkach srebra (AgNPs) oraz chitozan. Nanocząsteczki już od wielu lat są uznawane za innowacyjną alternatywę dla antybiotyków, dzięki skutecznemu działaniu przeciwko zjawiskowi wielolekooporności bakterii. Połączenie nanocząstek srebra z chitozanem daje nadzieję na powstanie obiecującego środka przeciwko drobnoustrojom chorobotwórczym, trudnym do wyeliminowania ze względu na to, że połączenie bakteriobójczych nanocząstek srebra z bakteriostatycznym chitozanem powoduje wzrost efektywnego działania antybakteryjnego tego biomateriału i może wykazywać działanie synergistyczne tych dwóch komponentów. Niestety tworzenie hybrydowych nanomateriałów o właściwościach antybakteryjnych i niskiej cytotoksyczności nadal stanowi ogromne wyzwanie, ponieważ istnieje ryzyko, że cząsteczki wykazujące toksyczność wobec bakterii będą także mieć szkodliwe działanie na zdrowe komórki w organizmie człowieka. Konieczne jest zatem zwrócenie uwagi na kluczowe aspekty świadczące o bezpieczeństwie stosowania takich materiałów. Biorąc pod uwagę fakt, że środki przeciwdrobnoustrojowe zawierające srebro powinny łączyć takie cechy, jak silna skuteczność przeciwbakteryjna, bezpieczeństwo środowiskowe, niska toksyczność i łatwość wytwarzania, naukowcy podejmują próby połączenia antybakteryjnych nanocząstek srebra z nietoksycznym i biodegradowalnym chitozanem.

Nanokompozyty polimerowe należą do zaawansowanych i funkcjonalnych materiałów. Składają się z nanocząstek zdyspergowanych w matrycy polimerowej i/lub pokrytych polimerem. Nanocząstki w procesie syntezy są silnie wiązane z chitozanem poprzez utworzone wiązanie chemiczne pomiędzy bogatymi w elektrony atomami azotu a wolnymi orbitalami jonów srebra. Pokrycie nanocząstek srebra polimerem pozwala na zminimalizowanie ich działania cytotoksycznego, a specyficzna morfologia polimerów i ich łańcuchowa struktura umożliwia odpowiednią inkorporację NPs do ich sieci. Jeśli grupy funkcyjne polimerów są dobrane we właściwy sposób, biorą czynny udział w syntezie poprzez m.in. redukcję jonów metali lub stabilizację tworzonych cząsteczek. Stabilizacja zapewnia nanomateriałom długoterminową trwałość. Nanokompozyty chitozanowo-srebrowe występują w postaci koloidów, proszków lub membran i są wykorzystywane do produkcji materiałów medycznych, m.in. opatrunków antybakteryjnych, bandaży czy powłok na materiały chirurgiczne, takie jak: cewniki, implanty czy dreny. Dane literaturowej wskazują, że nanokompozyty chitozanowo-srebrowe charakteryzuje działanie bakteriobójcze wobec takich drobnoustrojów, jak: Escherichia coli, Escherichia bacillus, Enterococcus faecium, Candida albicans, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus i innych.