De antimicrobiële activiteit van nanoliposomen van tea tree olie tegen Escherichia coli

De antimicrobiële activiteit van nanoliposomen van tea tree olie tegen Escherichia coli

Hoewel antibiotica worden gebruikt als voedingsadditieven om verschillende bacteriële infectieziekten bij dieren te bestrijden, heeft de voortdurende opkomst van resistente bacteriestammen hun effectiviteit beperkt. Omdat etherische oliën van planten een significante antibacteriële activiteit hebben getoond, worden ze beschouwd als een potentiële kandidaat om het probleem van antibioticaresistentie te verlichten.

Lernen: Teebaumöl-Nanoliposomen: Optimierung, Charakterisierung und antibakterielle Aktivität gegen Escherichia coli in vitro und in vivo. Bildquelle: ronstik/Shutterstock

In een recente Pluimvee Wetenschap In deze studie formuleerden onderzoekers tea tree olie nanoliposomen (TTONL) en analyseerden hun antibacteriële effectiviteit tegen pathogene Escherichia coli (E. coli), die de pluimvee-industrie aanzienlijk beïnvloedt. Het belangrijkste doel van de huidige studie is het ontwikkelen van een nieuw medicijn om een ​​duurzame en gezonde veehouderij in China te bevorderen.

E. coli-infectie bij pluimvee

Hoewel de meeste E. coli-stammen niet-pathogeen zijn en van nature in de darm voorkomen, kunnen sommige virulente stammen de ziekte van Crohn, gastro-enteritis en hemorragische colitis veroorzaken. Bovendien veroorzaakt pathogene E. coli colibacillose, een systemische of gelokaliseerde infectie die vaak voorkomt bij pluimvee. Colibacillose is ook in verband gebracht met letsels aan meerdere organen, zoals luchtzakontsteking, perihepatitis en peritonitis, wat resulteert in een aanzienlijke sterfte bij pluimvee.

De celwand van E. coli bestaat voornamelijk uit lipopolysacharide (LPS), en cellulaire lyse van deze bacterie veroorzaakt een massale afgifte van LPS, wat een ontstekingsreactie veroorzaakt. In deze context bleek NLRP3 een belangrijke rol te spelen bij het induceren van een ontstekingsreactie tijdens E. coli-infectie. Een andere factor die ontstekingen in een laat stadium bemiddelt, is HMGB1.

Tea tree olie (TTO) en nanoliposomen

TTO is een essentiële olie gewonnen uit de bladeren van de theeboom. Deze etherische olie heeft een lichtgele tot heldere kleur en een frisse kamfergeur. Meestal wordt de theeboom gevonden aan de kust van het zuiden van Queensland tot het noorden van New South Wales, Australië.

TTO heeft vele medicinale toepassingen, waaronder de behandeling van herpes, acne, schurft, insectenbeten en microbiële huidinfecties. Belangrijk is dat deze essentiële olie een minimale remmende concentratie (MIC) van minder dan 1% heeft aangetoond tegen de meeste bacteriën en schimmels. Daarom wordt TTO beschouwd als een veelbelovend antimicrobieel middel.

E-boek antilichamen

Compilatie van de beste interviews, artikelen en nieuws van het afgelopen jaar. Download een gratis exemplaar

Terpinen-4-ol en α-terpineol zijn de belangrijkste componenten van TTO, die de antibacteriële activiteit bevorderen. Mechanistisch gezien is de bacteriedodende werking van deze componenten in verband gebracht met verstoring van het microbiële celmembraan, waardoor cellyse ontstaat.

Naast de voordelen zijn enkele van de beperkingen die de toepassing van TTO beperken de onoplosbaarheid in water, de onstabiele aard ervan en de sterke neiging van de actieve ingrediënten om te veranderen bij blootstelling aan lucht. Deze tekortkomingen kunnen worden ondervangen door gebruik te maken van nanoliposomen, een tweelaags dragersysteem voor blaasjes dat wordt gevormd door zelfassemblage in waterige media.

Nanoliposomen die etherische olie dragen, bereiken de doelplaats via cellulaire interacties (bijvoorbeeld fagocytose, adsorptie en fusie). Belangrijk is dat deze de slechte stabiliteit van essentiële oliën tijdens opslag en gebruik aanzienlijk hebben verbeterd. In deze studie werd TTONL optimaal geproduceerd om de ziekte van E. coli bij pluimvee te remmen.

Synthese en karakterisering van TTONL

TTONL werd gesynthetiseerd met behulp van dunne-filmhydratatie- en sonicatietechniek. Het ontwikkelingsproces werd geoptimaliseerd met behulp van de Box-Behnken Response Surface-methode. De optimale omstandigheden die werden bepaald voor de TTONL-synthese waren een massaverhouding van lecithine tot cholesterol van 3,7:1, een pH van het hydratatiemedium van 7,4 en een TTO-concentratie van 0,5. Deze omstandigheden resulteren in een TTONL-inkapselingspercentage van 80,31 ± 0,56%.

Transmissie-elektronenmicroscopie (TEM)-analyse toonde aan dat TTONL bijna bolvormig en uniform van grootte was. De gemiddelde deeltjesgrootte van deze dubbellaagse structuur die TTO bevatte, was 227,8 ± 25,3 nm met een negatieve lading. De karakteristieke absorptiepiek van TTONL vertoonde een onbeduidende wijziging van het basisskelet van een liposoom. Belangrijk is dat experimentele resultaten aantoonden dat TTONL gedurende 35 dagen stabieler was bij 4 °C dan bij kamertemperatuur.

Antibacteriële effectiviteit van TTONL

De antibacteriële activiteit van TTONL werd geëvalueerd tegen E. coli door middel van in vitro en in vivo experimenten. Voor het in vivo onderzoek werd de werkzaamheid van TTONL onderzocht bij kippen die besmet waren met colibacillose.

Uit de resultaten van de MIC-test bleek dat de nanoliposomen de antibacteriële effectiviteit van TTO tegen verschillende E. coli-stammen verbeterden. Na 8 uur behandeling met 75 mg/ml TTONL werd volledige bacteriedodende activiteit tegen de teststammen waargenomen.

In vitro-experimenten toonden aan dat blootstelling aan TTONL verschillende graden van structurele schade aan de E. coli-stammen veroorzaakte. Uit een in vivo onderzoek bleek dat orale toediening van TTONL de klinische symptomen en darmlaesies bij geïnfecteerde kippen aanzienlijk verminderde. Belangrijk is dat de TTONL-behandeling de mRNA-expressie van NLRP3 en NF-KB in de blindedarm en de twaalfvingerige darm van met E. coli geïnfecteerde kippen significant verminderde.

Conclusies

De nieuw gesynthetiseerde TTONL vertoonde een hogere inkapselingssnelheid, langzamere afgifte en verbeterde stabiliteit met veelbelovende antibacteriële activiteit tegen de geteste pathogenen. Rekening houdend met alle experimentele resultaten, werd in de huidige studie sterk het profylactische gebruik van TTONL aanbevolen voor de behandeling van bacteriële ziekten bij vogels.

Referentie:

• Bo, R. et al. (2023) „Teebaumöl-Nanoliposomen: Optimierung, Charakterisierung und antibakterielle Aktivität gegen Escherichia coli in vitro und in vivo“, Poultry Science, 102(1), p. 102238. doi: 10.1016/j.psj.2022.102238. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S003257912200534X?via%3Dihub

.