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Die antimikrobielle Aktivität von Teebaumöl-Nanoliposomen gegen Escherichia coli

Obwohl Antibiotika als Futtermittelzusatzstoffe zur Bekämpfung verschiedener bakterieller Infektionskrankheiten bei Tieren verwendet werden, hat das kontinuierliche Auftreten arzneimittelresistenter Bakterienstämme ihre Wirksamkeit eingeschränkt. Da ätherische Pflanzenöle eine signifikante antibakterielle Wirkung gezeigt haben, wurden sie als potenzieller Kandidat zur Linderung des Problems der Antibiotikaresistenz angesehen.

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

In einer kürzlichen Geflügelwissenschaft Studie haben Forscher Teebaumöl-Nanoliposomen (TTONL) formuliert und ihre antibakterielle Wirksamkeit gegen pathogene Escherichia coli (E. coli) analysiert, die die Geflügelindustrie erheblich beeinträchtigen. Das Hauptziel der aktuellen Studie ist die Entwicklung eines neuen Medikaments zur Förderung einer nachhaltigen und gesunden Tierhaltung in China.

E.coli-Infektion bei Geflügel

Obwohl die meisten E. coli-Stämme nicht pathogen sind und natürlicherweise im Darm vorkommen, können einige virulente Stämme Morbus Crohn, Gastroenteritis und hämorrhagische Kolitis verursachen. Außerdem verursachen pathogene E. coli Colibacillose, eine systemische oder lokalisierte Infektion, die häufig bei Geflügel auftritt. Colibacillose wurde auch mit Läsionen mehrerer Organe wie Luftsackentzündung, Perihepatitis und Peritonitis in Verbindung gebracht, was zu einer erheblichen Sterblichkeit bei Geflügel führte.

Die Zellwand von E. coli besteht hauptsächlich aus Lipopolysaccharid (LPS), und die zelluläre Lyse dieses Bakteriums verursacht eine massive Freisetzung von LPS, das eine Entzündungsreaktion auslöst. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass NLRP3 eine wichtige Rolle bei der Induktion einer Entzündungsreaktion während einer E. coli-Infektion spielt. Ein weiterer Faktor, der Entzündungen im Spätstadium vermittelt, ist HMGB1.

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Teebaumöl (TTO) und Nanoliposomen

TTO ist ein ätherisches Öl, das aus den Blättern des Teebaums gewonnen wird. Dieses ätherische Öl hat eine hellgelbe bis klare Farbe und einen frischen Kampfergeruch. Typischerweise findet man den Teebaum an der Küste von Süd-Queensland bis zum Norden von New South Wales, Australien.

TTO hat viele medizinische Anwendungen, einschließlich der Behandlung von Herpes, Akne, Krätze, Insektenstichen und mikrobiellen Hautinfektionen. Wichtig ist, dass dieses ätherische Öl eine minimale Hemmkonzentration (MIC) von weniger als 1 % gegen die meisten Bakterien und Pilze gezeigt hat. Daher gilt TTO als vielversprechender antimikrobieller Wirkstoff.

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Terpinen-4-ol und α-Terpineol sind die Hauptbestandteile von TTO, die die antibakterielle Aktivität fördern. Mechanistisch wurde die bakterizide Wirkung dieser Komponenten mit einer Zerstörung der mikrobiellen Zellmembran in Verbindung gebracht, was eine Zelllyse verursacht.

Neben seinen Vorteilen umfassen einige der Einschränkungen, die die Anwendung von TTO einschränken, die Unlöslichkeit in Wasser, seine instabile Natur und die starke Neigung seiner Wirkstoffe, sich zu verändern, wenn sie Luft ausgesetzt werden. Diese Mängel könnten durch die Verwendung von Nanoliposomen überwunden werden, einem zweischichtigen Vesikelträgersystem, das durch Selbstorganisation in wässrigen Medien gebildet wird.

Nanoliposomen, die ätherisches Öl tragen, erreichen die Zielstelle durch zelluläre Wechselwirkungen (z. B. Phagozytose, Adsorption und Fusion). Wichtig ist, dass diese die schlechte Stabilität von ätherischen Ölen während der Lagerung und Anwendung deutlich verbessert haben. In dieser Studie wurde TTONL optimal produziert, um die E.coli-Erkrankung bei Geflügel zu hemmen.

Synthese und Charakterisierung von TTONL

TTONL wurde unter Verwendung von Dünnschichthydratation und Beschallungstechnik synthetisiert. Der Entwicklungsprozess wurde mit der Box-Behnken Response Surface Methode optimiert. Die optimalen Bedingungen, die für die TTONL-Synthese bestimmt wurden, waren ein Massenverhältnis von Lecithin zu Cholesterin von 3,7:1, ein pH-Wert des Hydratationsmediums von 7,4 und eine TTO-Konzentration von 0,5. Diese Bedingungen führen zu einer TTONL-Verkapselungsrate von 80,31 ± 0,56 %.

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Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)-Analyse zeigte, dass TTONL nahezu kugelförmig und von einheitlicher Größe war. Die durchschnittliche Teilchengröße dieser Doppelschichtstruktur, die TTO enthielt, war 227,8 ± 25,3 nm mit einer negativen Ladung. Der charakteristische Absorptionspeak von TTONL zeigte eine unbedeutende Modifikation des Grundskeletts eines Liposoms. Wichtig ist, dass experimentelle Ergebnisse zeigten, dass TTONL 35 Tage lang bei 4 °C stabiler war als bei Raumtemperatur.

Antibakterielle Wirksamkeit von TTONL

Die antibakterielle Wirksamkeit von TTONL wurde gegen E. coli durch In-vitro- und In-vivo-Experimente bewertet. Für die In-vivo-Studie wurde die Wirksamkeit von TTONL an mit Colibacillose infizierten Hühnern untersucht.

Die Ergebnisse des MIC-Tests zeigten, dass die Nanoliposome die antibakterielle Wirksamkeit von TTO gegen verschiedene E. coli-Stämme verbesserten. Nach 8-stündiger Behandlung mit 75 mg/ml TTONL wurde eine vollständige bakterizide Wirkung gegen die Teststämme beobachtet.

In-vitro-Experimente zeigten, dass die TTONL-Exposition bei den E. coli-Stämmen strukturelle Schäden in unterschiedlichem Ausmaß verursachte. Eine In-vivo-Studie ergab, dass die orale Verabreichung von TTONL die klinischen Symptome und Darmläsionen bei infizierten Hühnern signifikant reduzierte. Wichtig ist, dass die TTONL-Behandlung die mRNA-Expression von NLRP3 und NF-κB im Blinddarm und Zwölffingerdarm von mit E. coli infizierten Hühnern erheblich verringerte.

Schlussfolgerungen

Das neu synthetisierte TTONL zeigte eine höhere Verkapselungsrate, langsamere Freisetzung und verbesserte Stabilität mit vielversprechender antibakterieller Aktivität gegen die getesteten Pathogene. Unter Berücksichtigung aller experimentellen Ergebnisse empfahl die aktuelle Studie nachdrücklich die prophylaktische Anwendung von TTONL zur Behandlung von bakteriellen Vogelkrankheiten.

Referenz:

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