BR102019027533A2 - antimicrobial bacterial cellulose dressings containing silver nanoparticles for use in the healing of chronic wounds and burns, obtaining process and obtained products - Google Patents

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BR102019027533A2
BR102019027533A2 BR102019027533-2A BR102019027533A BR102019027533A2 BR 102019027533 A2 BR102019027533 A2 BR 102019027533A2 BR 102019027533 A BR102019027533 A BR 102019027533A BR 102019027533 A2 BR102019027533 A2 BR 102019027533A2
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BR
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npag
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bacterial cellulose
silver nanoparticles
ppm
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BR102019027533-2A
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Inventor
Hernane Da Silva Barud
Rafael Miguel Sábio
Karyn Fernanda Manieri
Andréia Bagliotti Meneguin
Gabriela Arruda Da Silva Marcondes
Fernanda Mansano Carbinatto
Fernanda Mithie Ogo
Aline Zago De Grandi
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Seven Indústria De Produtos Biotecnologicos Ltda
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Abstract

A presente invenção refere-se curativos constituídos de membranas de celulose bacteriana (CB) contendo nanopartículas de prata (NPAg), a serem empregados no tratamento de feridas crônicas, obtidos a partir da imersão das membranas de CB porosas em diluições sucessivas de NPAg, com concentração entre 62,5 e 500 ppm. Os curativos propostos apresentam distribuição homogênea das partículas de prata em tamanho nanométrico na superfície das nanofibras das membranas de CB; são viáveis e atóxicos a nível celular e promovem inibição do crescimento bacteriano (contra E. coli e S. aureus). Portanto, resolvem os problemas presentes no campo técnico, no que diz respeito à rápida e grande liberação das NPAg e/ou compostos de prata, que pode causar toxicidade, e à impregnação heterogênea; sendo dessa maneira eficiente para o tratamento de feridas crônicas e queimaduras.

Figure 102019027533-2-abs
The present invention refers to dressings consisting of bacterial cellulose (CB) membranes containing silver nanoparticles (NPAg), to be used in the treatment of chronic wounds, obtained from the immersion of porous CB membranes in successive dilutions of NPAg, with concentration between 62.5 and 500 ppm. The proposed dressings present a homogeneous distribution of nano-sized silver particles on the surface of the CB membrane nanofibers; they are viable and nontoxic at the cellular level and promote inhibition of bacterial growth (against E. coli and S. aureus). Therefore, they solve the problems present in the technical field, with regard to the rapid and large release of NPAg and/or silver compounds, which can cause toxicity, and to heterogeneous impregnation; thus being efficient for the treatment of chronic wounds and burns.
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Description

CURATIVOS ANTIMICROBIANOS DE CELULOSE BACTERIANA CONTENDO NANOPARTÍCULAS DE PRATA PARA APLICAÇÃO NA CICATRIZAÇÃO DE FERIDAS CRÔNICAS E QUEIMADURAS, PROCESSO DE OBTENÇÃO E PRODUTOS OBTIDOSANTIMICROBIAL BACTERIAL CELLULOSE DRESSINGS CONTAINING SILVER NANOPARTICLES FOR APPLICATION IN THE HEALING OF CHRONIC WOUNDS AND BURNS, OBTAINING PROCESS AND OBTAINED PRODUCTS BREVE DESCRIÇÃOBRIEF DESCRIPTION

[001] Trata a presente solicitação de patente de invenção de inéditos "CURATIVOS ANTIMICROBIANOS DE CELULOSE BACTERIANA CONTENDO NANOPARTÍCULAS DE PRATA PARA APLICAÇÃO NA CICATRIZAÇÃO DE FERIDAS CRÔNICAS E QUEIMADURAS, PROCESSO DE OBTENÇÃO E PRODUTOS OBTIDOS” que se refere a obtenção de membranas de celulose bacterianas impregnadas com nanopartículas de prata, obtidas a partir da imersão das membranas de CB em diluições sucessivas da suspensão de NPAg. Os curativos propostos foram capazes de superar os problemas presentes no campo técnico, tais como a rápida e grande liberação das NPAg e/ou compostos de prata, que pode causar toxicidade; impregnação heterogênea; além de serem capazes de promover o aumento da atividade antimicrobiana, contra bactérias gram-positivas e gram-negativas e, por fim, aumentar a eficácia desses biocurativos na prevenção de infecções em feridas crônicas e queimaduras.[001] This application for a patent for the invention of unpublished "ANTIMICROBIAL CELLULOSE DRESSINGS CONTAINING SILVER NANOPARTICLES FOR APPLICATION IN THE HEALING OF CHRONIC WOUNDS AND BURNS, PROCESS OF PROCUREMENT AND OBTAINED PRODUCTS" which refers to the production of bacterial cellulose membranes impregnated with silver nanoparticles, obtained from the immersion of CB membranes in successive dilutions of the NPAg suspension. The proposed dressings were able to overcome the problems present in the technical field, such as the rapid and large release of NPAg and/or compounds of silver, which can cause toxicity; heterogeneous impregnation; in addition to being able to promote increased antimicrobial activity against gram-positive and gram-negative bacteria and, finally, increase the effectiveness of these biodressings in preventing infections in chronic wounds and burns.

CAMPO DE APLICAÇÃOAPPLICATION FIELD

[002] A presente invenção pertence à seção de necessidades humanas, ao campo da saúde; mais especificamente, das preparações para finalidades médicas caracterizadas por formas físicas especiais; e à seção de química, ao campo de compostos macromoleculares orgânicos, sua preparação ou seu processamento químico e composições baseadas nos mesmos; mais especificamente, ao de celulose, por descrever a obtenção de membranas de celulose bacterianas impregnadas com nanopartículas de prata e serem utilizadas como curativos na cicatrização de feridas crônicas e queimaduras.[002] The present invention belongs to the section of human needs, to the field of health; more specifically, preparations for medical purposes characterized by special physical forms; and the chemistry section, the field of macromolecular organic compounds, their preparation or chemical processing and compositions based on them; more specifically, to cellulose, for describing the obtainment of bacterial cellulose membranes impregnated with silver nanoparticles and being used as dressings in the healing of chronic wounds and burns.

CONVENCIMENTOCONVINENCE

[003] A celulose bacteriana (CB) consiste em um biopolímero natural, sintetizado por bactérias (como a Acetobacter xylinum) composta em grande parte de água (98-99 %) apresentando propriedades únicas como alta adsorção de líquidos, elevada pureza química, biocompatibilidade, biodegradabilidade, elevada resistência mecânica além de poder ser esterilizada sem ocorrer qualquer alteração em sua estrutura e propriedades (J. Wu, Y. Zheng, W. Song, J. Luan, X. Wen, Z. Wu, X. Chen, Q. Wang and S. Guo, 2014: Carbohydrate Polymers; T. Maneerung, S. Tokura and R. Rujiravanit, 2008: Carbohydrate Polymers).[003] Bacterial cellulose (CB) consists of a natural biopolymer, synthesized by bacteria (such as Acetobacter xylinum) composed largely of water (98-99%) presenting unique properties such as high liquid adsorption, high chemical purity, biocompatibility , biodegradability, high mechanical strength, and can be sterilized without any change in its structure and properties (J. Wu, Y. Zheng, W. Song, J. Luan, X. Wen, Z. Wu, X. Chen, Q Wang and S. Guo, 2014: Carbohydrate Polymers; T. Maneerung, S. Tokura and R. Rujiravanit, 2008: Carbohydrate Polymers).

[004] Devido a todas a suas vantagens, a CB tem sido utilizada em diversas aplicações como matéria prima para produção de papel, têxteis, em revestimentos, cosméticos, OLEDs, entre outras (H. S. Barud, T. Regiani, R. F. C. Marques, W. R. Lustri, Y. Messaddeq and S. J. L. Ribeiro, 2011: Journal of Nanomaterials; W. Hu, S. Chen, J. Yang, Z. Li and H. Wang, 2014: Carbohydrate Polymers; M. L. Foresti, A. Vázquez and B. Boury, 2017: Carbohydrate Polymers).[004] Due to all its advantages, CB has been used in several applications as a raw material for the production of paper, textiles, coatings, cosmetics, OLEDs, among others (HS Barud, T. Regiani, RFC Marques, WR Lustri , Y. Messaddeq and SJL Ribeiro, 2011: Journal of Nanomaterials; W. Hu, S. Chen, J. Yang, Z. Li and H. Wang, 2014: Carbohydrate Polymers; ML Foresti, A. Vázquez and B. Boury, 2017: Carbohydrate Polymers).

[005] Recentemente, o uso da CB em aplicações biomédicas tem crescido exponencialmente, sendo utilizada na engenharia de tecidos, construção de vasos sanguíneos artificiais e principalmente no desenvolvimento de curativos para feridas e queimaduras (M. L. Foresti, A. Vázquez and B. Boury, 2017: Carbohydrate Polymers; H. S. Barud, C. Barrios, T. Regiani, R. F.C. Marques, M. Verelst, J. Dexpert-Ghys, Y. Messaddeq and S. J. L. Ribeiro, 2008, Materials Science and Engineering C).[005] Recently, the use of BC in biomedical applications has grown exponentially, being used in tissue engineering, construction of artificial blood vessels and mainly in the development of dressings for wounds and burns (ML Foresti, A. Vázquez and B. Boury, 2017: Carbohydrate Polymers; HS Barud, C. Barrios, T. Regiani, RFC Marques, M. Verelst, J. Deexpert-Ghys, Y. Messaddeq and SJL Ribeiro, 2008, Materials Science and Engineering C).

[006] Dentre todas essas aplicações, o uso da CB em feridas e queimaduras proporciona um ambiente úmido a região atingida favorecendo a cicatrização e diminuindo a dor nos pacientes acidentados. No entanto, membranas de CB não apresenta atividade antimicrobiana, que consiste em uma das funções críticas da barreira cutânea na cicatrização efetiva de feridas (J. Wu, Y. Zheng, W. Song, J. Luan, X. Wen, Z. Wu, X. Chen, Q. Wang and S. Guo, 2014: Carbohydrate Polymers; T. Maneerung, S. Tokura and R. Rujiravanit, 2008: Carbohydrate Polymers).[006] Among all these applications, the use of BC in wounds and burns provides a moist environment to the affected region, favoring healing and reducing pain in injured patients. However, CB membranes lack antimicrobial activity, which is one of the critical roles of the skin barrier in effective wound healing (J. Wu, Y. Zheng, W. Song, J. Luan, X. Wen, Z. Wu , X. Chen, Q. Wang and S. Guo, 2014: Carbohydrate Polymers; T. Maneerung, S. Tokura and R. Rujiravanit, 2008: Carbohydrate Polymers).

[007] Para contornar essa desvantagem, compostos de prata (nitrato de prata (AgNO3) e sulfodiazina de prata) têm sido sintetizados e incorporados em membranas de CB, agregando a esses biomateriais atividade antimicrobiana (H. J. Klasen, 2000: Burns). Entretanto, diferentes métodos de síntese (in situ) e incorporação destes compostos de prata (Ag) conduzem a obtenção de biocompósitos com distribuição heterogênea além de rápida liberação de íons Ag+, o que pode gerar a ineficácia por períodos prolongados além de certa toxicidade aos tecidos vivos (H. J. Klasen, 2000: Burns).[007] To overcome this disadvantage, silver compounds (silver nitrate (AgNO3) and silver sulfodiazine) have been synthesized and incorporated into CB membranes, adding antimicrobial activity to these biomaterials (H. J. Klasen, 2000: Burns). However, different methods of synthesis (in situ) and incorporation of these silver (Ag) compounds lead to the obtainment of biocomposites with heterogeneous distribution in addition to rapid release of Ag+ ions, which can generate ineffectiveness for prolonged periods in addition to certain tissue toxicity alive (HJ Klasen, 2000: Burns).

[008] Particularmente, o uso de nanopartículas de prata (NPAg) tem sido intensamente estudado devido a sua grande atividade antimicrobiana para bactérias, fungos, vírus entre outros (J. Wu, Y. Zheng, W. Song, J. Luan, X. Wen, Z. Wu, X. Chen, Q. Wang and S. Guo, 2014: Carbohydrate Polymers; H. S. Barud, C. Barrios, T. Regiani, R. F.C. Marques, M. Verelst, J. Dexpert-Ghys, Y. Messaddeq and S. J. L. Ribeiro, 2008, Materials Science and Engineering C; L. C. de Santa Maria, A. L. C. Santos, P. C. Oliveira, H. S. Barud, Y. Messaddeq and S. J. L. Ribeiro, 2009, Materials Letters) As propriedades antimicrobianas das NPAg dependem da sua biodisponibilidade (em relação as feridas) da grande área superficial que apresentam (devido ao tamanho nanométrico) e consequentemente, da não agregação das mesmas (J. Wu, Y. Zheng, W. Song, J. Luan, X. Wen, Z. Wu, X. Chen, Q. Wang and S. Guo, 2014: Carbohydrate Polymers; T. Maneerung, S. Tokura and R. Rujiravanit, 2008: Carbohydrate Polymers).[008] Particularly, the use of silver nanoparticles (NPAg) has been intensively studied due to its great antimicrobial activity for bacteria, fungi, viruses, among others (J. Wu, Y. Zheng, W. Song, J. Luan, X Wen, Z. Wu, X. Chen, Q. Wang and S. Guo, 2014: Carbohydrate Polymers;HS Barud, C. Barrios, T. Regiani, RFC Marques, M. Verelst, J. Deexpert-Ghys, Y. Messaddeq and SJL Ribeiro, 2008, Materials Science and Engineering C; Santa Maria LC, ALC Santos, PC Oliveira, HS Barud, Y. Messaddeq and SJL Ribeiro, 2009, Materials Letters) The antimicrobial properties of NPAg depend on their bioavailability (in regarding the wounds) of the large surface area they present (due to their nanometric size) and, consequently, of their non-aggregation (J. Wu, Y. Zheng, W. Song, J. Luan, X. Wen, Z. Wu, X Chen, Q. Wang and S. Guo, 2014: Carbohydrate Polymers; T. Maneerung, S. Tokura and R. Rujiravanit, 2008: Carbohydrate Polymers).

[009] Nesse sentido, a presente invenção conseguiu aliar e preservar as propriedades da CB com NPAg Nanox® através da incorporação das NPAg em membranas de CB secas porosas como método para a obtenção de novos biocurativos (CB@NPAg). A metodologia conseguiu superar problemas presentes no campo técnico, tais como a rápida e grande liberação das NPAg e/ou compostos de prata, que pode causar toxicidade; impregnação heterogênea; além de promover a melhora da atividade antimicrobiana, contra bactérias gram-positivas e gram-negativas e, por fim, aumentar a eficácia desses biocurativos na prevenção de infecções em feridas e queimaduras.[009] In this sense, the present invention managed to combine and preserve the properties of CB with NPAg Nanox® through the incorporation of NPAg in dry porous CB membranes as a method for obtaining new biocuratives (CB@NPAg). The methodology managed to overcome problems present in the technical field, such as the rapid and large release of NPAg and/or silver compounds, which can cause toxicity; heterogeneous impregnation; in addition to promoting improved antimicrobial activity against gram-positive and gram-negative bacteria and, finally, increasing the effectiveness of these biodressings in preventing infections in wounds and burns.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

[010] No atual estado da técnica, estão presentes algumas anterioridades que descrevem materiais a base de biocelulose, empregados no tratamento de feridas, a presença de nanopartículas de prata em produtos para tratamento de feridas também é descrita. No entanto, não foram localizadas anterioridades que descrevessem a obtenção de curativos baseados em biocelulose e nanopartículas de prata obtidos por meio de um processo que pudesse superar problemas presentes no campo técnico, tais como a rápida e grande liberação das NPAg e/ou compostos de prata, que pode causar toxicidade; impregnação heterogênea; além de promover melhora da atividade antimicrobiana, contra bactérias gram-positivas e gram-negativas e, por fim, aumentar eficácia desses biocurativos na prevenção de infecções em feridas e queimaduras.[010] In the current state of the art, there are some prior arts describing biocellulose-based materials used in wound treatment, the presence of silver nanoparticles in wound care products is also described. However, no precedents were found that described the obtainment of dressings based on biocellulose and silver nanoparticles obtained through a process that could overcome problems present in the technical field, such as the rapid and large release of NPAg and/or silver compounds , which can cause toxicity; heterogeneous impregnation; in addition to promoting improved antimicrobial activity against gram-positive and gram-negative bacteria and, finally, increasing the effectiveness of these biodressings in preventing infections in wounds and burns.

[011] A anterioridade WO2013176633A1, intitulada "Wound dressing comprising biocellulose and silver nanoparticles", descreve a obtenção de curativos para feridas que, compreende carboximetilcelulose, nanopartículas de prata com concentração de cerca de 1000g/100cm2 ou menos, cerca de 1000g/cm3, em que as nanopartículas de prata têm uma banda de ressonância plasmônica entre 600 e 800 nm (aqui você precisa especificar qual o máximo da banda, melhor do que a faixa que está ai, isso que é mais importante) . O curativo é obtido a partir da aplicação de uma suspensão de nanopartículas de prata à biocelulose, a suspensão também apresenta estabilizantes ou espessantes.[011] Previously WO2013176633A1, entitled "Wound dressing comprising biocellulose and silver nanoparticles", describes the obtainment of wound dressings that comprise carboxymethylcellulose, silver nanoparticles with a concentration of about 1000g/100cm2 or less, about 1000g/cm3, where silver nanoparticles have a plasmonic resonance band between 600 and 800 nm (here you need to specify what the maximum of the band is, better than the range that is there, that's what's most important) . The dressing is obtained from the application of a suspension of silver nanoparticles to biocellulose, the suspension also has stabilizers or thickeners.

[012] A anterioridade BRPI1005066, intitulada "Processo de obtenção de material antimicrobiano à base de celulose bacteriana e outros tipos de aminas e material antimicrobiano", refere-se a um processo de obtenção de material antimicrobiano à base de celulose bacteriana e nanopartículas de prata utilizando três tipos de aminas como agentes redutores da prata, úteis para o tratamento de feridas crônicas e queimaduras. A obtenção do material antimicrobiano à base de celulose bacteriana se inicia com a cultura de Acetobacter xylinum em bandejas, por um período de 12 a 120 h a uma temperatura de cerca de 28 °C, em meio Schramm-Hestrín, sendo caracterizado por, após um período entre 12 e 120 h, permitir a remoção da celulose bacteriana do meio; sendo, essa celulose tratada com bases fortes para a remoção completa das acetobactérias embebidas nas cadeias de celulose; em seguida, ela ser adicionada a uma solução de nitrato de prata, em concentração entre 10 mM a 1M, por 10 min; em seguida, ser à membrana adicionada uma solução de aminas, composta por etanolamina, dietanolamina ou trietanolamina (N-(CH2-CH2OH)3), em concentração entre 10mM a 1M, sendo deixada em repouso por 12 h; após esse período, o material foi lavado em água deionizada e ser seco, em temperatura entre 50 e 80 °C, por 24 h.[012] Priority BRPI1005066, entitled "Process for obtaining antimicrobial material based on bacterial cellulose and other types of amines and antimicrobial material", refers to a process for obtaining antimicrobial material based on bacterial cellulose and silver nanoparticles using three types of amines as silver reducing agents, useful for the treatment of chronic wounds and burns. The obtainment of antimicrobial material based on bacterial cellulose begins with the culture of Acetobacter xylinum in trays, for a period of 12 to 120 h at a temperature of about 28 °C, in Schramm-Hestrín medium, being characterized by, after a period of period between 12 and 120 h, allow removal of bacterial cellulose from the medium; this cellulose being treated with strong bases for the complete removal of acetobacteria embedded in the cellulose chains; then, it is added to a solution of silver nitrate, in a concentration between 10 mM to 1M, for 10 min; then, a solution of amines, composed of ethanolamine, diethanolamine or triethanolamine (N-(CH2-CH2OH)3), in a concentration between 10mM and 1M, is added to the membrane, being left to rest for 12 h; after this period, the material was washed in deionized water and dried at a temperature between 50 and 80 °C for 24 h.

[013] A anterioridade BR102012026425A2, intitulada "Composição à base de biocelulose e agentes bioativos para o tratamento de feridas", refere-se ao processo de produção de uma composição curativa, à base de compostos bioativos e celulose bacteriana, nas formas de membrana ou pó (em granulometria nanométrica a milimétrica). Os bioativos empregados são extrato de cúrcuma (Curcuma longa), o qual pode conter (curcumina, demetoxicurcumina, bis-demetoxicurcumina e/ou ciclocurcumina); Aloe Vera; prata reduzida; ácido ascórbico e/ou ascorbato de cálcio, cálcio (Ca2+, podendo ser proveniente de qualquer sal com baixa toxicidade) e alginato de sódio (podendo ser de baixa, média ou alta viscosidade).[013] Priority BR102012026425A2, entitled "Biocellulose-based composition and bioactive agents for the treatment of wounds", refers to the production process of a curative composition, based on bioactive compounds and bacterial cellulose, in membrane or powder (in nanometer to millimeter particle size). The bioactives used are turmeric extract (Curcuma longa), which may contain (curcumin, demethoxycurcumin, bis-demethoxycurcumin and/or cyclocurcumin); Aloe Vera; reduced silver; ascorbic acid and/or calcium ascorbate, calcium (Ca2+, which may come from any salt with low toxicity) and sodium alginate (which may be of low, medium or high viscosity).

[014] No artigo "Biossíntese e caracterização de nanocelulose bacteriana para engenharia de tecidos” Fischer e colaboradores (2018) relatam sobre curativos de nanocelulose bacteriana (BNC) demonstrarem seu grande potencial de aplicação devido às suas propriedades como alto teor de pureza, alto poder de absorção de água e ótima adaptabilidade biológica, e descrevem que a incorporação de metais na membrana de nanocelulose é bastante promissora, as nanopartículas de prata (NPAg) têm sido objeto de vários estudos devido às suas propriedades antibacterianas; nitrato de cério, Ce(NO3)3, por sua vez, aumenta a eficácia no tratamento por apresentar propriedades imunomoduladoras. Assim, no trabalho realizado, foram sintetizadas e caracterizadas membranas de celulose bacteriana funcionalizadas com nitrato de cério e nanopartículas de prata visando aplicação no tratamento de pele humana lesionada por queimadura.[014] In the article "Biosynthesis and characterization of bacterial nanocellulose for tissue engineering" Fischer et al. (2018) report on bacterial nanocellulose (BNC) dressings demonstrating their great application potential due to their properties such as high purity content, high power of water absorption and excellent biological adaptability, and describe that the incorporation of metals in the nanocellulose membrane is very promising, silver nanoparticles (NPAg) have been the object of several studies due to their antibacterial properties; cerium nitrate, Ce(NO3 )3, in turn, increases the effectiveness of the treatment by presenting immunomodulatory properties. Thus, in the work carried out, bacterial cellulose membranes functionalized with cerium nitrate and silver nanoparticles were synthesized and characterized for application in the treatment of human skin injured by burns .

[015] A anterioridade CN101509025A, intitulada "Method of preparing bacteria cellulose composite material", descreve a obtenção de uma membrana compósito constituída de celulose bacteriana, alginato de sódio, colágeno, quitosana solúvel e gelatina ou ácido hialurônico.[015] Previously CN101509025A, entitled "Method of preparing bacteria cellulose composite material", describes the obtainment of a composite membrane consisting of bacterial cellulose, sodium alginate, collagen, soluble chitosan and gelatin or hyaluronic acid.

[016] A anterioridade PI0601330-9, intitulada "Composição tópica de biocelulose em forma de gel, spray-aerosol, creme e/ou suspensão aquosa para tratamento de lesões epiteliais", apresenta uma composição tópica de celulose bacteriana como uma nova formulação farmacêutica na forma de gel, spray-aerosol, creme e/ou suspensão aquosa para tratamento de lesões epiteliais, além da veiculação de outros agentes farmacológicos.[016] Previous PI0601330-9, entitled "Topical composition of biocellulose in the form of gel, spray-aerosol, cream and/or aqueous suspension for the treatment of epithelial lesions", presents a topical composition of bacterial cellulose as a new pharmaceutical formulation in form of gel, spray-aerosol, cream and/or aqueous suspension for the treatment of epithelial lesions, in addition to the delivery of other pharmacological agents.

[017] A anterioridade PI0000465-0, intitulada "Processo para a obtenção de membranas celulósicas porosas e/ou fenestradas para o tratamento de feridas, e membranas celulósicas assim obtidas", descreve a transformação de zoogléias formadas por microfibrilas de celulose produzidas por bactérias, em membranas porosas e/ou fenestradas com características ideais para os tratamentos curativo e preventivo de feridas, em especial, as de evolução e progressão rápidas; as de difícil regeneração tecidual, por exsudarem demasiadamente; e na prevenção de lesões.[017] Previous PI0000465-0, entitled "Process for obtaining porous and/or fenestrated cellulosic membranes for the treatment of wounds, and cellulosic membranes thus obtained", describes the transformation of zooglea formed by cellulose microfibrils produced by bacteria, in porous and/or fenestrated membranes with ideal characteristics for curative and preventive treatments for wounds, especially those with rapid evolution and progression; those with difficult tissue regeneration, because they exude too much; and in injury prevention.

[018] O artigo científico intitulado "Present status and applications of bacterial cellulose-based materials for skin tissue repair', de autoria de Fu e colaboradores (2012), traz uma revisão bibliográfica sobre o emprego de celulose bacteriana para reparar tecidos cutâneos lesados.[018] The scientific article entitled "Present status and applications of bacterial cellulose-based materials for skin tissue repair", by Fu et al. (2012), provides a literature review on the use of bacterial cellulose to repair damaged skin tissue.

[019] A anterioridade BR102013010960-6, intitulada "Membranas bioativas compostas de nanofibras de celulose/hidrocolóides", apresenta a formação de filmes à base de celulose vegetal e bacteriana impregnados com hidrocolóides de origem natural e sintética, que podem ou não conter colágeno ou fármacos apropriados.[019] Previous BR102013010960-6, entitled "Bioactive membranes composed of cellulose nanofibers/hydrocolloids", presents the formation of films based on plant and bacterial cellulose impregnated with hydrocolloids of natural and synthetic origin, which may or may not contain collagen or appropriate drugs.

[020] Na anterioridade BR102014016341-7, intitulada "Nanocompósitos de biocelulose e seu uso", está descrito um nanocompósito de biocelulose e dietilditiocarbamato, ou seja, uma matriz polimérica de celulose bacteriana revestida com derivados de dietilditiocarbamato. O biocompósito descrito apresenta como características: boa flexibilidade, fácil aplicação em lesões cutâneas, capacidade leishmanicida, ausência de toxicidade e liberação sustentada do composto ativo, o que reduz a necessidade de troca do curativo.[020] Previously BR102014016341-7, entitled "Biocellulose nanocomposites and their use", a nanocomposite of biocellulose and diethyldithiocarbamate is described, that is, a polymeric matrix of bacterial cellulose coated with diethyldithiocarbamate derivatives. The described biocomposite has the following characteristics: good flexibility, easy application to skin lesions, leishmanicidal capacity, absence of toxicity and sustained release of the active compound, which reduces the need for dressing change.

[021] Apesar do grande número de referências presentes no atual estado da técnica que descrevem a associação de biocelulose e nanopartículas de prata, nota-se que nenhuma das anterioridades descreve um processo de obtenção que possibilita a resolução de problemas presentes no campo técnico, tais como: a rápida e grande liberação das NPAg e/ou compostos de prata, que pode causar toxicidade; impregnação heterogênea; além de promover o aumento da atividade antimicrobiana, contra bactérias gram-positivas e gram-negativas e, por fim, maior eficácia desses biocurativos na prevenção de infecções em feridas e queimaduras.[021] Despite the large number of references in the current state of the art describing the association of biocellulose and silver nanoparticles, it is noted that none of the above describes a process of obtaining that enables the resolution of problems present in the technical field, such as such as: the rapid and large release of NPAg and/or silver compounds, which can cause toxicity; heterogeneous impregnation; in addition to promoting increased antimicrobial activity against gram-positive and gram-negative bacteria and, finally, greater effectiveness of these biodressings in preventing infections in wounds and burns.

OBJETIVO DA INVENÇÃOPURPOSE OF THE INVENTION

[022] A presente invenção tem como objetivo disponibilizar membranas de celulose bacteriana contendo nanopartículas de prata a serem empregados no tratamento de feridas crônicas.[022] The present invention aims to provide bacterial cellulose membranes containing silver nanoparticles to be used in the treatment of chronic wounds.

DA INVENÇÃOTHE INVENTION

[023] A presente invenção refere-se membranas de celulose bacteriana (CB) contendo nanopartículas de prata (NPAg) a serem empregados no tratamento de feridas crônicas, obtidas a partir da imersão das membranas de CB porosas em diluições sucessivas de NPAg, dessa maneira, suspensões de 500, 250, 125 e 62,5 ppm de NPAg são adicionadas às membranas.[023] The present invention relates to bacterial cellulose (CB) membranes containing silver nanoparticles (NPAg) to be used in the treatment of chronic wounds, obtained from the immersion of porous CB membranes in successive dilutions of NPAg, in this way , suspensions of 500, 250, 125 and 62.5 ppm of NPAg are added to the membranes.

[024] Os resultados obtidos a partir de análises físico-químicas da NPAg e dos curativos confirmaram a distribuição homogênea das partículas de prata em tamanho nanométrico na superfície das nanofibras das membranas de CB. Ensaios biológicos foram realizados e, a partir da avaliação da viabilidade celular, foi possível determinar o mínimo de NPAg que seria atóxico a nível celular e determinou que, todos os curativos se mostraram viáveis a nível celular. Os testes de atividade antimicrobiana para os curativos foram realizados via método de contato e todas as amostras apresentaram inibição do crescimento bacteriano (contra E. coli e S. aureus). Além disso, os ensaios de morte mostram que a inibição do meio microbiano de E. coli e S. aureus ocorrem por um período de até 28 e 48 h, respectivamente, sugerindo que esses curativos possam ser utilizados nesses intervalos de tempo, ou seja, a troca poderia ser sugerida após atingir os tempos determinados via ensaios de morte.[024] The results obtained from physicochemical analyzes of NPAg and dressings confirmed the homogeneous distribution of nanometer-sized silver particles on the surface of the CB membrane nanofibers. Biological tests were carried out and, based on the evaluation of cell viability, it was possible to determine the minimum amount of NPAg that would be non-toxic at the cellular level and it was determined that all dressings were viable at the cellular level. The antimicrobial activity tests for the dressings were performed via the contact method and all samples showed inhibition of bacterial growth (against E. coli and S. aureus). In addition, death assays show that the inhibition of the microbial environment of E. coli and S. aureus occurs for a period of up to 28 and 48 h, respectively, suggesting that these dressings can be used in these time intervals, that is, the switch could be suggested after reaching the times determined via death trials.

VANTAGENS DA INVENÇÃOADVANTAGES OF THE INVENTION

[025] A presente invenção apresenta como principais vantagens:

  • ✔ Disponibilizar membranas de celulose bacteriana (CB) contendo nanopartículas de prata (NPAg) a serem empregados no tratamento de feridas crônicas obtidas por um processo com simples etapas de execução;
  • ✔ Disponibilizar membranas de celulose bacteriana (CB) contendo nanopartículas de prata (NPAg) a serem empregados no tratamento de feridas crônicas com distribuição homogênea das partículas de prata em tamanho nanométrico na superfície das nanofibras das membranas;
  • ✔ Disponibilizar membranas de celulose bacteriana (CB) contendo nanopartículas de prata (NPAg) a serem empregados no tratamento de feridas crônicas viáveis e atóxicas a nível celular;
  • ✔ Disponibilizar membranas de celulose bacteriana (CB) contendo nanopartículas de prata (NPAg) a serem empregados no tratamento de feridas crônicas que promovem inibição do crescimento bacteriano, contra E. coli e S. aureus, por um período de até 28 e 48 h, respectivamente, e que, portanto, demanda sua troca apenas após esses períodos.
[025] The present invention has the following main advantages:
  • ✔ Provide bacterial cellulose (CB) membranes containing silver nanoparticles (NPAg) to be used in the treatment of chronic wounds obtained by a process with simple execution steps;
  • ✔ Provide bacterial cellulose (CB) membranes containing silver nanoparticles (NPAg) to be used in the treatment of chronic wounds with homogeneous distribution of nanometric-sized silver particles on the surface of the membrane nanofibers;
  • ✔ Provide bacterial cellulose (CB) membranes containing silver nanoparticles (NPAg) to be used in the treatment of viable and non-toxic chronic wounds at the cellular level;
  • ✔ Provide bacterial cellulose (CB) membranes containing silver nanoparticles (NPAg) to be used in the treatment of chronic wounds that promote bacterial growth inhibition, against E. coli and S. aureus, for a period of up to 28 and 48 h, respectively, and that, therefore, demands its exchange only after these periods.

DESCRIÇÃO DA FIGURASDESCRIPTION OF FIGURES

[026] A invenção será descrita em uma realização preferencial, assim, para melhor entendimento, serão feitas referências às figuras:

  • ✔ FIG 1: Espectro de absorção na região do ultravioleta-visível das NPAg em suspensão aquosa;
  • ✔ FIG 2: Microscopia eletrônica de varredura das NPAg obtidas com distintos aumentos (5000, 10000, 25000 e 50000x);
  • ✔ FIG 3: Ensaio de viabilidade celular em diferentes concentrações das NPAg. Controle positivo (CTRL+: DMEM + SBF + 30 % DE DMSO) e controle negativo (CTRL-: DMEM + SBF + Antibióticos + Antifúngico);
  • ✔ FIG 4: Determinação da concentração inibitória mínima (CIM) das NPAg nas bactérias Staphylococcus aureus (gram-positiva) e Escherichia coli (gram-negativa). Controle positivo: ausência de NPAg.
  • ✔ FIG 5: Curativos porosos contendo diferentes concentrações de NPAg. CB@NPAg1: 50 %, CB@NPAg2: 25 %, CB@NPAg3: 12,5 % e CB@NPAg4: 6,25 % de suspensão de NPAg concentrada (1000 ppm) adicionados na preparação;
  • ✔ FIG 6: Microscopia eletrônica de varredura (MEV) da amostra CB@NPAg1;
  • ✔ FIG 7: Microscopia eletrônica de varredura (MEV) da amostra CB@NPAg2;
  • ✔ FIG 8: Microscopia eletrônica de varredura (MEV) da amostra CB@NPAg3;
  • ✔ FIG 9: Microscopia eletrônica de varredura (MEV) da amostra CB@NPAg4;
  • ✔ FIG 10: Curvas de ATG/DTA da amostra CB@NPAg1;
  • ✔ FIG 11: Curva de calibração da prata para quantificação do sobrenadante das amostras CB@NPAgs;
  • ✔ FIG 12: Ensaio de viabilidade celular das amostras CB@NPAgs e duas comerciais: Aquacel Ag e Mepilex Ag. Controle positivo (C+: DMEM + SBF + 30% DE DMSO) e controle negativo (C-: DMEM + SBF + Antibióticos + Antifúngico);
  • ✔ FIG 13: Testes de atividade antimicrobiana (método de contato) realizados em Escherichia coli (108 CFU/mL) durante 24 h de incubação à 37 °C das amostras CB@NPAgs e controle (Nexfill@ puro poroso);
  • ✔ FIG 14: Testes de atividade antimicrobiana (método de contato) realizados em Staphylococcus aureus (108 CFU/mL) durante 24 h de incubação à 37 °C das amostras CB@NPAgs e controle (Nexfill@ puro poroso);
  • ✔ FIG 15: Ensaio de curva de morte dos curativos CB@NPAgs em E. coli (108 CFU/mL) durante 48 h de incubação à 37 °C;
  • ✔ FIG 16: Ensaio de curva de morte dos curativos CB@NPAgs em S. aureus (108 CFU/mL) durante 48 h de incubação à 37 °C;
  • ✔ FIG 17: Ensaio de curva de morte do branco (CB Nexfill pura) e da amostra CB@NPAg embebida com prata e amostra comercial Mepilex Ag em E. coli (102 CFU/mL) durante 48 h de incubação à 37 °C;
  • ✔ FIG 18: Ensaio de curva de morte do branco (CB Nexfill pura) e dos curativos CB@NPAgs em E. coli (102 CFU/mL) durante 48 h de incubação à 37 °C;
  • ✔ FIG 19: Ensaio de curva de morte do branco (CB Nexfill pura) e dos curativos CB@NPAgs em P. aeruginosa (102 CFU/mL) durante 48 h de incubação à 37 °C.
[026] The invention will be described in a preferred embodiment, so, for better understanding, references will be made to the figures:
  • ✔ FIG 1: Ultraviolet-visible absorption spectrum of NPAg in aqueous suspension;
  • ✔ FIG 2: Scanning electron microscopy of NPAg obtained with different magnifications (5000, 10000, 25000 and 50000x);
  • ✔ FIG 3: Cell viability assay at different concentrations of NPAg. Positive control (CTRL+: DMEM + FBS + 30% DMSO) and negative control (CTRL-: DMEM + FBS + Antibiotics + Antifungal);
  • ✔ FIG 4: Determination of the minimal inhibitory concentration (MIC) of NPAg in Staphylococcus aureus (gram-positive) and Escherichia coli (gram-negative) bacteria. Positive control: absence of NPAg.
  • ✔ FIG 5: Porous dressings containing different concentrations of NPAg. CB@NPAg1: 50%, CB@NPAg2: 25%, CB@NPAg3: 12.5% and CB@NPAg4: 6.25% suspension of concentrated NPAg (1000 ppm) added in the preparation;
  • ✔ FIG 6: Scanning electron microscopy (SEM) of the CB@NPAg1 sample;
  • ✔ FIG 7: Scanning electron microscopy (SEM) of the CB@NPAg2 sample;
  • ✔ FIG 8: Scanning electron microscopy (SEM) of the CB@NPAg3 sample;
  • ✔ FIG 9: Scanning electron microscopy (SEM) of the CB@NPAg4 sample;
  • ✔ FIG 10: ATG/DTA curves of sample CB@NPAg1;
  • ✔ FIG 11: Silver calibration curve for supernatant quantification of CB@NPAgs samples;
  • ✔ FIG 12: Cell viability assay of CB@NPAgs and two commercial samples: Aquacel Ag and Mepilex Ag. Positive control (C+: DMEM + FBS + 30% DMSO) and negative control (C-: DMEM + FBS + Antibiotics + Antifungal);
  • ✔ FIG 13: Antimicrobial activity tests (contact method) performed in Escherichia coli (108 CFU/mL) during 24 h of incubation at 37 °C of CB@NPAgs and control samples (pure porous Nexfill@);
  • ✔ FIG 14: Antimicrobial activity tests (contact method) performed on Staphylococcus aureus (108 CFU/mL) during 24 h of incubation at 37 °C of CB@NPAgs and control samples (pure porous Nexfill@);
  • ✔ FIG 15: Death curve assay of CB@NPAgs dressings in E. coli (108 CFU/ml) during 48 h incubation at 37°C;
  • ✔ FIG 16: Death curve assay of CB@NPAgs dressings in S. aureus (108 CFU/ml) during 48 h incubation at 37°C;
  • ✔ FIG 17: Death curve assay of blank (CB Nexfill pure) and CB@NPAg sample soaked with silver and commercial sample Mepilex Ag in E. coli (102 CFU/ml) for 48 h incubation at 37 °C;
  • ✔ FIG 18: Death curve assay of blank (CB Nexfill pure) and CB@NPAgs dressings in E. coli (102 CFU/ml) during 48 h incubation at 37°C;
  • ✔ FIG 19: Death curve assay of blank (CB Nexfill pure) and CB@NPAgs dressings in P. aeruginosa (102 CFU/ml) during 48 h incubation at 37°C.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[027] A preparação dos curativos antimicrobianos de celulose bacteriana contendo nanopartículas de prata, denominados CB@NPAg, consiste na imersão das membranas porosas de CB, sintetizadas por Acetobacter xylinum e adquiridas comercialmente da Nexfill@, em diluições sucessivas da suspensão aquosa de nanopartículas de prata (NPAg) com concentração de 1000 ppm, também adquiridas comercialmente da empresa Nanox®. Para tanto, são preparadas suspensões aquosas de NPAg, com concentrações que variaram entre 500 e 62,5 ppm utilizando água destilada para atingir as concentrações desejadas. As membranas de CB foram adicionadas ao fundo de Erlenmeyer de 250 mL e posteriormente foram adicionadas as distintas concentrações de NPAg preparadas. Os Erlenmeyer foram fechados e cobertos com alumínio para evitar o contato com luz. Após isso, os Erlenmeyer foram adicionados a uma mesa de agitação mecânica (agitação orbital, 240 rpm) por um período de 24 h à 25 °C (temperatura ambiente). Após esse período, quatro versões dos curativos antimicrobianos foram obtidas:

  • ✔ CB@NPAg1: membranas de celulose bacteriana impregnadas com suspensão de nanopartículas de prata em concentração de 500 ppm;
  • ✔ CB@NPAg2: membranas de celulose bacteriana impregnadas com suspensão de nanopartículas de prata em concentração de 250 ppm;
  • ✔ CB@NPAg3: membranas de celulose bacteriana impregnadas com suspensão de nanopartículas de prata em concentração de 125 ppm;
  • ✔ CB@NPAg4: membranas de celulose bacteriana impregnadas com suspensão de nanopartículas de prata em concentração de 62,5 ppm.
[027] The preparation of antimicrobial bacterial cellulose dressings containing silver nanoparticles, called CB@NPAg, consists of immersion of porous CB membranes, synthesized by Acetobacter xylinum and commercially purchased from Nexfill@, in successive dilutions of the aqueous suspension of nanoparticles of silver (NPAg) with a concentration of 1000 ppm, also commercially purchased from the company Nanox®. Therefore, aqueous suspensions of NPAg are prepared, with concentrations ranging between 500 and 62.5 ppm using distilled water to reach the desired concentrations. The CB membranes were added to the 250 ml Erlenmeyer bottom and then the different concentrations of prepared NPAg were added. Erlenmeyer flasks were closed and covered with aluminum to avoid contact with light. After that, the Erlenmeyer flasks were added to a mechanical stirring table (orbital agitation, 240 rpm) for a period of 24 h at 25 °C (room temperature). After this period, four versions of the antimicrobial dressings were obtained:
  • ✔ CB@NPAg1: bacterial cellulose membranes impregnated with a suspension of silver nanoparticles at a concentration of 500 ppm;
  • ✔ CB@NPAg2: bacterial cellulose membranes impregnated with a suspension of silver nanoparticles at a concentration of 250 ppm;
  • ✔ CB@NPAg3: bacterial cellulose membranes impregnated with a suspension of silver nanoparticles at a concentration of 125 ppm;
  • ✔ CB@NPAg4: bacterial cellulose membranes impregnated with a suspension of silver nanoparticles at a concentration of 62.5 ppm.

[028] A seguir são apresentados os resultados obtidos nas análises físico-químicas e nos testes biológicos realizados com os curativos descritos, os quais demonstram que a invenção resolve de maneira inovadora problemas presentes no atual estado da técnica. Também foram realizados, e são apresentados, testes com as nanopartículas empregadas, previamente à obtenção dos curativos.[028] The results obtained in the physical-chemical analyzes and in the biological tests carried out with the described dressings are presented below, which demonstrate that the invention solves in an innovative way problems present in the current state of the art. Tests were also carried out, and are presented, with the nanoparticles used, prior to obtaining the dressings.

[029] Análise físico-química das nanopartículas de prata Nanox® (NPAg).[029] Physicochemical analysis of Nanox® silver nanoparticles (NPAg).

[030] Nanopartículas de prata Nanox® (NPAg) foram adquiridas para o desenvolvimento das membranas de CB com atividade antimicrobiana. Nesse sentido, as nanopartículas foram previamente analisadas por espectroscopia de absorção na região do ultravioleta-visível (UV-Vis) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) para comprovar o tamanho e formato dessas partículas. Na figura 1, o espectro UV-Vis das NPAg apresenta um banda larga de aproximadamente 350 a 700 nm, com máximo em 437 nm, perfil espectral este característico de uma distribuição heterogênea de diâmetro de partículas ou, até mesmo, distribuição de partículas agregadas, porém, de tamanho médio nanométrico.[030] Nanox® silver nanoparticles (NPAg) were acquired for the development of CB membranes with antimicrobial activity. In this sense, the nanoparticles were previously analyzed by absorption spectroscopy in the ultraviolet-visible region (UV-Vis) and scanning electron microscopy (SEM) to confirm the size and shape of these particles. In figure 1, the UV-Vis spectrum of NPAg has a broad band of approximately 350 to 700 nm, with a maximum at 437 nm, a spectral profile characteristic of a heterogeneous distribution of particle diameter or even a distribution of aggregated particles, however, of medium nanometric size.

[031] A figura 2 apresenta as imagens de MEV das partículas em distintos aumentos (5000, 10000, 25000 e 50000x). Essas micrografias corroboram com o dado de UV-Vis obtido, mostrando partículas de tamanho nanométrico, porém, com formas distintas e parcialmente agregadas em blocos de partículas. NPAg com diâmentros inferiores à 100 nm são observadas com maior clareza na micrografia com aumento de 50000x.[031] Figure 2 shows the SEM images of the particles at different magnifications (5000, 10000, 25000 and 50000x). These micrographs corroborate the UV-Vis data obtained, showing particles of nanometric size, however, with distinct shapes and partially aggregated into blocks of particles. NPAg with diameters less than 100 nm are seen more clearly on micrographs at 50000x magnification.

[032] Viabilidade celular das NPAg.[032] Cell viability of NPAg.

[033] A citotoxicidade das NPAg foi avaliada em células de fibroblastos humano (células da linhagem MCR-5) à 37 °C durante 24 h. A figura 3 apresenta os dados de viabilidade para as NPAg em diferentes concentrações, com o intuito de determinar a quantidade máxima de NPAg que não causa toxicidade às células saudáveis. Diante do pressuposto, partindo da suspensão aquosa concentrada de NPAg, que possui concentração de 1000 ppm (mg/L), diluições seriadas foram realizadas e, de acordo com o gráfico da figura 3, concentrações inferiores ou iguais a 4 ppm de NPAg foram consideradas atóxicas a nível celular, ou seja, apresentam viabilidade superior à 70 % para célula utilizada.[033] The cytotoxicity of NPAg was evaluated in human fibroblast cells (MCR-5 lineage cells) at 37 °C for 24 h. Figure 3 shows the viability data for NPAg at different concentrations in order to determine the maximum amount of NPAg that does not cause toxicity to healthy cells. Given the assumption, starting from the concentrated aqueous suspension of NPAg, which has a concentration of 1000 ppm (mg/L), serial dilutions were carried out and, according to the graph in Figure 3, concentrations less than or equal to 4 ppm of NPAg were considered non-toxic at the cellular level, that is, they have a viability greater than 70% for the cell used.

[034] Determinação da concentração inibitória mínima (CIM) de NPAg.[034] Determination of the minimal inhibitory concentration (MIC) of NPAg.

[035] Após a determinação da citotoxicidade das NPAg, foi realizado o teste de Concentração Inibitória Mínima (CIM) de NPAg necessários para se otimizar a preparação dos curativos CB@NPAg. De acordo com a figura 4, os ensaios de CIM foram realizados para as bactérias S. aureus ATCC 25923 (gram-positiva) e E. coli ATCC 25922 (gram-negativa). O ensaio baseou-se na introdução do corante indicador resazurina (azul) no meio bacteriano que, sendo metabolizado pelas bactérias, é reduzido a resorufina, composto formado que apresenta coloração vermelha, o que confirma que as NPAg não provocaram a morte das bactérias. Dessa forma, os valores de CIM determinados para as bactérias S. aureus e E. coli foram 125 e 62,5 μg/mL (ppm), respectivamente. Portanto, o valor de CIM para inibir o crescimento da bactéria S. aureus foi duas vezes maior que o obtido para a E. coli. Esse resultado por ser atribuído a parede celular da S. aureus (gram-positiva) ser menos espessa e composta por camadas de peptidoglicanos e glicopolímeros o que favorece forte interação das NPAg com os grupos funcionais disponíveis enquanto que a bactéria E. coli (gram-negativa) apresenta uma espessa camada externa de lipopolisacarídeos, lipoproteínas e fosfolipídios, antes de chegar a camada de peptidoglicano, sendo assim uma barreia ao acesso das NPAg e outros compostos antibióticos (L. R. Osório, A. B. Meneguin, H. B. da Silva, H. M. Barreto, J. A. Osajima, E. C. da Silva Filho, 2018: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry).[035] After determining the cytotoxicity of NPAg, the Minimum Inhibitory Concentration (MIC) test of NPAg necessary to optimize the preparation of CB@NPAg dressings was performed. According to Figure 4, MIC assays were performed for S. aureus ATCC 25923 (gram-positive) and E. coli ATCC 25922 (gram-negative) bacteria. The test was based on the introduction of the indicator dye resazurin (blue) into the bacterial medium, which, being metabolized by bacteria, is reduced to resorufin, a compound formed with a red color, which confirms that NPAg did not cause the bacteria to die. Thus, the MIC values determined for the bacteria S. aureus and E. coli were 125 and 62.5 μg/mL (ppm), respectively. Therefore, the MIC value to inhibit the growth of S. aureus bacteria was twice that obtained for E. coli. This result is attributed to the cell wall of S. aureus (gram-positive) being thinner and composed of layers of peptidoglycans and glycopolymers, which favors a strong interaction of NPAg with the available functional groups, while E. coli bacteria (gram- negative) presents a thick outer layer of lipopolysaccharides, lipoproteins and phospholipids, before reaching the peptidoglycan layer, thus being a barrier to the access of NPAg and other antibiotic compounds (LR Osório, AB Meneguin, HB da Silva, HM Barreto, JA Osajima , EC da Silva Filho, 2018: Journal of Thermal Analysis and Calorimetry).

[036] Preparação dos curativos Nexfill@ porosos contendo NPAg (CB@NPAgs).[036] Preparation of porous Nexfill@ dressings containing NPAg (CB@NPAgs).

[037] A partir dos resultados de caracterização físico-química, viabilidade celular e do CIM necessário para inibir o crescimento das duas bactérias (gram-negativa e gram-positiva), os curativos foram preparados via imersão do curativo Nexfill@ poroso em concentrações diluídas das NPAgs para obtenção das amostras chamadas CB@NPAgs. A figura 5 exibe os quatro curativos preparados: CB@NPAg1, CB@NPAg2, CB@NPAg3 e CB@NPAg4, com adições correspondendo às diluições de 2, 4, 8 e 16 vezes da concentração inicial de NPAg obtidas da empresa Nanox® (1000 ppm).[037] From the results of physicochemical characterization, cell viability and the MIC necessary to inhibit the growth of the two bacteria (gram-negative and gram-positive), the dressings were prepared via immersion of the porous Nexfill@ dressing in diluted concentrations of NPAgs to obtain samples called CB@NPAgs. Figure 5 shows the four prepared dressings: CB@NPAg1, CB@NPAg2, CB@NPAg3 and CB@NPAg4, with additions corresponding to the 2, 4, 8 and 16-fold dilutions of the initial concentration of NPAg obtained from the company Nanox® ( 1000 ppm).

[038] De acordo com as imagens apresentadas na figura 5, pode-se concluir que, qualitativamente, a medidas que as concentrações de NPAg adicionadas para preparação dos curativos diminuía, a coloração amarelada das membranas de CB Nexfill@ também diminuía, sugerindo menores concentrações de NPAg presentes nesses curativos. Para confirmação do que foi observado, os curativos foram caracterizados via análises físico-químicas.[038] According to the images presented in Figure 5, it can be concluded that, qualitatively, as the concentrations of NPAg added for dressing preparation decreased, the yellowish color of CB Nexfill™ membranes also decreased, suggesting lower concentrations of NPAg present in these dressings. To confirm what was observed, the dressings were characterized via physicochemical analyses.

[039] Análise físico-química dos curativos CB@NPAgs.[039] Physicochemical analysis of CB@NPAgs dressings.

[040] As propriedades físico-químicas dos curativos foram avaliadas por meio de técnicas como Microscopia Eletrônica de Varredura com Emissão de Campo (MEV-FEG), análise termogravimétrica (ATG) e quantificação indireta da prata presente nas CB@NPAgs realizada via espectrometria de absorção atômica com fonte contínua e de alta resolução (HR-CS FAAS). As amostras foram analisadas sem modificação na sua estrutura final, na forma de filmes, tornando os resultados ainda mais representativos do material final.[040] The physical-chemical properties of the dressings were evaluated using techniques such as Scanning Electron Microscopy with Field Emission (SEM-FEG), thermogravimetric analysis (ATG) and indirect quantification of the silver present in CB@NPAgs performed via spectrometry of atomic absorption with continuous source and high resolution (HR-CS FAAS). The samples were analyzed without modification in their final structure, in the form of films, making the results even more representative of the final material.

[041] Os curativos CB@NPAg preparados foram inicialmente caracterizados utilizando a microscopia eletrônica de varredura (MEV) com intuito de observar se houve alteração na morfologia dos curativos de CB e também como as NPAg estão dispostas, se estão agregadas ou dispersas na superfície do curativo. As figuras 6, 7, 8 e 9 apresentam os MEVs das amostras CB@NPAg1, CB@NPAg2, CB@NPAg3 e CB@NPAg4, respectivamente, em diferentes aumentos (10000, 25000 e 100000 vezes). A partir das micrografias obtidas, foi possível constatar que a rede tridimensional de nanofibras de celulose bacteriana apresentou-se intacta após o método de impregnação usando as NPAg. Além disso, foi possível distinguir e observar uma distribuição homogênea das NPAg ao longo das nanofibras de CB, para todas as amostras. É importante ressaltar que, as agregações das NPAg observadas na amostra preparada para análise via MEV pode ser atribuída ao modo de preparação, onde a suspensão aquosa foi seca rapidamente sobre o porta amostra, o que pode favorecer a agregação das mesmas. Além disso, no geral, não foram observadas agregação das NPAg em nenhum dos curativos, indicativo da interação das NPAg com sítios ativos nas nanofibras de celulose bacteriana. Estes sítios ativos presentes nas nanofibras de celulose bacteriana podem atuar como nanoreatores, promovendo interações eletrostáticas com as NPAg e evitando a agregação das mesmas (I. M. S. Araújo, R. R. Silva, G. Pacheco, W. R. Lustri, A. Tercjak, J. Gutierrez, J. R. S. Júnior, F. H. C. Azevedo, G. S. Figuêredo, M. L. Vega, et al., 2017: Cabohydrate Polymers; H. S. Barud, A. Tercjak, J. Gutierrez, W. R. Viali, E. S. Nunes, S. J. L. Ribeiro, et al., 2015: Journal of Applied Physics). Outro ponto a ser destacado para todos os curativos é que, à medida que a concentração de NPAg adicionada aos curativos porosos Nexfill@ diminuiu, menos NPAg foram observadas nas superfícies das nanofibras.[041] The prepared CB@NPAg dressings were initially characterized using scanning electron microscopy (SEM) in order to observe whether there was a change in the morphology of the CB dressings and also how the NPAg are arranged, whether they are aggregated or dispersed on the surface of the band Aid. Figures 6, 7, 8 and 9 show the SEMs of samples CB@NPAg1, CB@NPAg2, CB@NPAg3 and CB@NPAg4, respectively, at different magnifications (10000, 25000 and 100,000 times). From the micrographs obtained, it was possible to verify that the three-dimensional network of bacterial cellulose nanofibers was intact after the impregnation method using NPAg. Furthermore, it was possible to distinguish and observe a homogeneous distribution of NPAg along the CB nanofibers, for all samples. It is important to emphasize that the NPAg aggregation observed in the sample prepared for analysis via SEM can be attributed to the preparation mode, where the aqueous suspension was dried quickly on the sample holder, which may favor their aggregation. Furthermore, in general, no aggregation of NPAg was observed in any of the dressings, indicative of the interaction of NPAg with active sites on bacterial cellulose nanofibers. These active sites present in bacterial cellulose nanofibers can act as nanoreactors, promoting electrostatic interactions with NPAg and preventing their aggregation (IMS Araújo, RR Silva, G. Pacheco, WR Lustri, A. Tercjak, J. Gutierrez, JRS Júnior, JRS Júnior , FHC Azevedo, GS Figuêredo, ML Vega, et al., 2017: Cabohydrate Polymers; HS Barud, A. Tercjak, J. Gutierrez, WR Viali, ES Nunes, SJL Ribeiro, et al., 2015: Journal of Applied Physics) . Another point to be highlighted for all dressings is that, as the concentration of NPAg added to the Nexfill™ porous dressings decreased, less NPAg was observed on the nanofiber surfaces.

[042] Com intuito de determinar a concentração de NPAg presente nos curativos porosos Nexfill@, foi realizada análise termogravimétrica da amostra que possivelmente apresenta maior concentração de NPAg dentre as quatro amostras, a CB@NPAg1, de acordo com a figura 10. Duas perdas de massas características de membranas de CB são observadas. Primeiro, uma ínfima perda de massa até 100 °C, atribuída a desidratação (perda de água) da CB, mesmo sendo uma membrana já previamente seca (H. S. Barud, C. Barrios, T. Regiani, R. F.C. Marques, M. Verelst, J. Dexpert-Ghys, Y. Messaddeq and S. J. L. Ribeiro, 2008: Materials Science and Engineering C).[042] In order to determine the concentration of NPAg present in Nexfill@ porous dressings, thermogravimetric analysis was performed on the sample that possibly has the highest concentration of NPAg among the four samples, the CB@NPAg1, according to figure 10. Two losses of characteristic masses of CB membranes are observed. First, a tiny loss of mass up to 100 °C, attributed to dehydration (water loss) of the CB, even though it is a previously dried membrane (HS Barud, C. Barrios, T. Regiani, RFC Marques, M. Verelst, J Dexpert-Ghys, Y. Messaddeq and SJL Ribeiro, 2008: Materials Science and Engineering C).

[043] A segunda e principal perda de massa corresponde a desidroxilação, degradação e decomposição da CB de 320 a 550 °C, um evento exotérmico (evento que libera calor) com máximo em 421 °C (H. S. Barud, C. Barrios, T. Regiani, R. F.C. Marques, M. Verelst, J. Dexpert-Ghys, Y. Messaddeq and S. J. L. Ribeiro, 2008: Materials Science and Engineering C). É importante observar que, o resíduo encontrado no valor de 1,26 %, entra no erro do equipamento, que é em torno de 1 %. Portanto, a partir da análise térmica não foi possível detectar prata no curativo Nexfill@ preparado com a maior concentração de NPAg.[043] The second and main mass loss corresponds to dehydroxylation, degradation and decomposition of CB from 320 to 550 °C, an exothermic event (event that releases heat) with a maximum at 421 °C (HS Barud, C. Barrios, T Regiani, RFC Marques, M. Verelst, J. Deexpert-Ghys, Y. Messaddeq and SJL Ribeiro, 2008: Materials Science and Engineering C). It is important to note that the residual found in the value of 1.26% enters into the equipment error, which is around 1%. Therefore, from the thermal analysis it was not possible to detect silver in the Nexfill@ dressing prepared with the highest concentration of NPAg.

[044] Como a ATG não apresentou sensibilidade suficiente para detecção de prata nos curativos, a espectrometria de absorção atômica foi utilizada para quantificação indireta de prata, realizada no sobrenadante remanescente da preparação dos curativos. Uma curva de calibração com padrão de prata foi gerada (figura 11) para quantificação dos sobrenadantes das amostras CB@NPAgs de acordo com a tabela 1, que exibe os dados da média de absorbância e concentração obtidos utilizando a linha de Ag328nm no HR-CS FAAS:

Figure img0001
Tabela 1. Linha de prata utilizada, dados da média de absorbância e concentração obtidos para o sobrenadante da amostra CB@NPAg via HR-CS FAAS.[044] As ATG did not show sufficient sensitivity to detect silver in the dressings, atomic absorption spectrometry was used for indirect quantification of silver, performed in the remaining supernatant of the dressing preparation. A silver standard calibration curve was generated (figure 11) for quantification of CB@NPAgs sample supernatants according to table 1, which displays the mean absorbance and concentration data obtained using the Ag328nm line in the HR-CS FAAS:
Figure img0001
Table 1. Silver line used, mean absorbance and concentration data obtained for the CB@NPAg sample supernatant via HR-CS FAAS.

[045] Considerando que a concentração de NPAg adicionada na preparação das amostras foram 500, 250, 125 e 62,5 ppm para as amostras CB@NPAg1, CB@NPAg2, CB@NPAg3 e CB@NPAg4, respectivamente, e que os resultados de concentração encontrados para os sobrenadantes via HR-CS FAAS foram 156,70; 91,74; 24,49 e 14,94 ppm, respectivamente, pode-se determinar indiretamente as concentrações de NPAg presentes nas amostras, como apresentado na tabela 2:

Figure img0002
Tabela 2. Concentrações de NPAg determinadas em todas as amostras CB@NPAgs.[045] Considering that the concentration of NPAg added in the preparation of the samples were 500, 250, 125 and 62.5 ppm for the samples CB@NPAg1, CB@NPAg2, CB@NPAg3 and CB@NPAg4, respectively, and that the results concentration found for supernatants via HR-CS FAAS were 156.70; 91.74; 24.49 and 14.94 ppm, respectively, can indirectly determine the concentrations of NPAg present in the samples, as shown in table 2:
Figure img0002
Table 2. NPAg concentrations determined in all CB@NPAgs samples.

[046] Testes biológicos.[046] Biological tests.

[047] Concentração Inibitória Mínima (CIM) das NPAg.[047] Minimum Inhibitory Concentration (MIC) of NPAg.

[048] Para a realização da determinação da CIM, seguindo o protocolo CLSI (2016) 9, cepas bacterianas Gram-positiva (S. aureus ATCC 25923) e Gram-negativa (E. coli ATCC 25922) foram inoculadas em tubos contendo 10 mL de BHI (Brain Heart Infusion) e incubadas durante 18 h à 35-37 °C. Inóculo suficiente de cada suspensão bacteriana foi adicionado em novos tubos de meio BHI estéril até atingir a turbidez 1,0 da escala nefelométrica de McFarland (~3.0x108 UFC/mL). Um volume de 50 μL das amostras suspensas em solução aquosa de DMSO 10 % (estoque 10 mg/mL), foram adicionados no segundo poço (B) da microplaca de 96 poços acrescidos de 50 μL de meio BHI estéril. A seguir, nos 6 poços restantes (C-H) foram realizadas diluições seriadas em solução aquosa de DMSO 10 %. Em seguida, 50 μL das suspensões dos microorganismos, na escala 1,0 de McFarland, foram adicionados a cada diluição sequencial, atingindo a turbidez de 0,5 McFarland (~1.5x108UFC/mL), em um volume final de 200 μL/poço nas concentrações variando de 250 a 0,122 ppm. O primeiro poço da microplaca foi utilizado como controle de crescimento 50 μL de meio BHI estéril, 50μL da solução aquosa de DMSO 10 % e 100 μL da suspensão bacteriana, na escala 1,0 McFarland. As microplacas foram incubadas durante 18 h a 35-37 °C em câmara úmida sob agitação a 100 rpm. Após o período de incubação, foram adicionados, em cada orifício das placas, 15 μL de resazurina a 0,02 % em solução aquosa estéril. Após 3 h de reincubação, a leitura foi realizada. Os testes foram realizados em triplicata.[048] To perform the MIC determination, following the CLSI protocol (2016) 9, Gram-positive (S. aureus ATCC 25923) and Gram-negative (E. coli ATCC 25922) bacterial strains were inoculated in tubes containing 10 mL of BHI (Brain Heart Infusion) and incubated for 18 h at 35-37 °C. Sufficient inoculum of each bacterial suspension was added to new tubes of sterile BHI medium to reach 1.0 turbidity on the McFarland nephelometric scale (~3.0x108 CFU/mL). A volume of 50 μL of the samples suspended in 10% DMSO aqueous solution (10 mg/mL stock) were added to the second well (B) of the 96-well microplate added with 50 μL of sterile BHI medium. Then, in the remaining 6 wells (C-H) serial dilutions were carried out in an aqueous solution of 10% DMSO. Then, 50 μL of the microorganism suspensions, on the 1.0 McFarland scale, were added to each sequential dilution, reaching a turbidity of 0.5 McFarland (~1.5x108 CFU/mL), in a final volume of 200 μL/well at concentrations ranging from 250 to 0.122 ppm. The first well of the microplate was used as growth control, 50 μL of sterile BHI medium, 50μL of 10% DMSO aqueous solution and 100 μL of bacterial suspension, at 1.0 McFarland scale. The microplates were incubated for 18 h at 35-37 °C in a humid chamber under agitation at 100 rpm. After the incubation period, 15 μL of 0.02% resazurin in sterile aqueous solution were added to each plate hole. After 3 h of reincubation, reading was performed. Tests were performed in triplicate.

[049] Viabilidade Celular.[049] Cell Viability.

[050] Uma suspensão de células da linhagem MCR-5 e GM07492 (células de fibroblastos humano) foram usadas para avaliar as NPAg e CB@NPAgs, respectivamente, ajustadas para 1x104 células/poço em 100 μL de meio de cultura DMEM (Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium) suplementado com SBF (Soro Bovino Fetal), antibióticos e antifúngico. Essas células foram semeadas em placas de cultura de células de 96 poços e incubadas à 37 °C, sob 5 % de atmosfera de CO2 (overnight) para a adesão das células. Após este período, o meio de cultura foi substituído por 100 μL do extrato das amostras CB@NPAgs e da CB porosa pura e, posteriormente, as placas foram incubadas à 37 °C, sob 5 % de atmosfera de CO2 por 24 h. Decorrido o período experimental, os poços foram lavados uma vez com PBS (tampão fosfato) e foram adicionados 50 μL de MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide). As placas de cultura foram novamente incubadas em estufa à 37 °C por 4 h.[050] A suspension of MCR-5 and GM07492 lineage cells (human fibroblast cells) were used to evaluate the NPAg and CB@NPAgs, respectively, adjusted to 1x104 cells/well in 100 μL of DMEM culture medium (Dulbecco's Modified Eagle's Medium) supplemented with FBS (Fetal Bovine Serum), antibiotics and antifungal. These cells were seeded in 96-well cell culture plates and incubated at 37°C, under 5% CO2 atmosphere (overnight) for cell adhesion. After this period, the culture medium was replaced by 100 μL of extract from CB@NPAgs samples and pure porous CB, and subsequently, the plates were incubated at 37 °C, under 5% CO2 atmosphere for 24 h. After the experimental period, the wells were washed once with PBS (phosphate buffer) and 50 µL of MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide) was added. The culture plates were again incubated in an incubator at 37 °C for 4 h.

[051] Após incubação, 100 μL de isopropanol foram adicionados aos poços e homogeneizados delicadamente para a solubilização dos cristais de formazan. Os valores de densidade óptica (DO) obtidos em um comprimento de onda (λ) de 570 nm num espectrofotômetro foram convertidos em porcentagens de viabilidade celular relativa amostra controle negativo:

  • ✔ Controle negativo: DMEM + SBF + antibióticos + antifúngico;
  • ✔ Controle positivo: DMEM + SBF + 30 % de DMSO (dimetilsulfóxido).
[051] After incubation, 100 μL of isopropanol was added to the wells and gently homogenized for the solubilization of formazan crystals. Optical density (OD) values obtained at a wavelength (λ) of 570 nm in a spectrophotometer were converted into percentages of cell viability relative to the negative control sample:
  • ✔ Negative control: DMEM + FBS + antibiotics + antifungal;
  • ✔ Positive control: DMEM + SBF + 30% DMSO (dimethylsulfoxide).

[052] Viabilidade celular dos curativos CB@NPAgs.[052] Cell viability of CB@NPAgs dressings.

[053] A citotoxicidade dos curativos CB@NPAgs e do curativo Nexfill@ poroso puro foi avaliada de acordo com o método descrito anteriormente (em materiais e métodos), em células de fibroblastos humano (células da linhagem GM07492) à 37 °C durante 24 h.[053] The cytotoxicity of CB@NPAgs dressings and pure porous Nexfill@ dressing was evaluated according to the method described above (in materials and methods), in human fibroblast cells (lineage GM07492 cells) at 37 °C for 24 H.

[054] A figura 12 apresenta os dados de viabilidade celular para as amostras citadas acima e também duas amostras comerciais Aquacel Ag e Mepilex Ag, para fins de comparação. Todas os curativos preparados se apresentaram viáveis a nível celular, com a amostras CB@NPAg1 e CB@NPAg2 estando no limite de viabilidade celular, próximo ao valor de 70 %. As amostras CB@NPAg3 e CB@NPAg4 apresentaram valores de viabilidade superiores a 80 %, o que implica em não toxicidade destes curativos nas células saudáveis utilizadas. As duas amostras comerciais (Aquacel Ag e Mepilex Ag) apresentaram toxicidade a nível celular, com valores de viabilidade inferiores a 30 %, muito próximo ao controle positivo, o qual corresponde a alta toxicidade a nível celular. Contudo, os quatro curativos CB@NPAgs preparados estão aptos para avaliação da ação antimicrobiana e posteriores ensaios in vivo.[054] Figure 12 presents the cell viability data for the samples mentioned above and also two commercial samples Aquacel Ag and Mepilex Ag, for comparison purposes. All prepared dressings were viable at the cellular level, with samples CB@NPAg1 and CB@NPAg2 being at the limit of cell viability, close to 70%. The samples CB@NPAg3 and CB@NPAg4 showed viability values greater than 80%, which implies that these dressings are not toxic to the healthy cells used. The two commercial samples (Aquacel Ag and Mepilex Ag) showed toxicity at the cellular level, with viability values below 30%, very close to the positive control, which corresponds to high toxicity at the cellular level. However, the four CB@NPAgs dressings prepared are suitable for evaluation of antimicrobial action and subsequent in vivo assays.

[055] Atividade Antimicrobiana.[055] Antimicrobial Activity.

[056] Ensaios de avaliação da atividade antimicrobiana dos curativos CB@NPAgs.[056] Trials evaluating the antimicrobial activity of CB@NPAgs dressings.

[057] A partir de ensaios antimicrobianos prévios, as amostras CB@NPAgs não apresentaram liberação de prata, ou seja, não apresentaram a formação de halo de difusão utilizando o método de difusão em Ágar, tanto para E. coli como para S. aureus. Nesse sentido, ensaios antimicrobianos utilizando o método de contato foram realizados, de acordo com as figuras 13 e 14.[057] From previous antimicrobial assays, the CB@NPAgs samples did not show silver release, that is, they did not show the formation of a diffusion halo using the Agar diffusion method, both for E. coli and S. aureus . In this sense, antimicrobial tests using the contact method were carried out, according to figures 13 and 14.

[058] Método de contato.[058] Contact method.

[059] Para a realização da determinação da CIM, seguindo o protocolo CLSI (Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI), 2016: Performance Standards for Antimicrobial Susceptibility Testing), cepas bacterianas Gram-positiva (S. aureus ATCC 25923) e Gram-negativa (E. coli ATCC 25922) foram inoculadas em tubos contendo 10 mL de BHI (Brain Heart Infusion) e incubadas durante 18 h à 37 °C. Inóculo suficiente de cada suspensão bacteriana foi adicionado em novos tubos de meio BHI estéril até atingir a turbidez 0,5 da escala nefelométrica de McFarland (~1,5.0x108 UFC/mL). Em placas de Petri, foram adicionados o ágar Muller-Hinton (MH) e, após secagem da superfície do ágar, os curativos em formato retangular com 10x5 mm foram depositados sobre a superfície da placa contendo os micro-organismos. As amostras bacterianas foram gotejadas em triplicata sob a superfície dos curativos para avaliação por contato. As placas foram incubadas por 24 h à 37 °C em estufa bacteriológica.[059] To perform the MIC determination, following the CLSI protocol (Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI), 2016: Performance Standards for Antimicrobial Susceptibility Testing), Gram-positive bacterial strains (S. aureus ATCC 25923) and Gram- negative (E. coli ATCC 25922) were inoculated in tubes containing 10 mL of BHI (Brain Heart Infusion) and incubated for 18 h at 37 °C. Sufficient inoculum of each bacterial suspension was added to new tubes of sterile BHI medium until it reached 0.5 turbidity on the McFarland nephelometric scale (~1.5.0x108 CFU/mL). In Petri dishes, Muller-Hinton agar (MH) was added and, after drying the agar surface, the dressings in a rectangular shape measuring 10x5 mm were placed on the surface of the dish containing the microorganisms. Bacterial samples were dropped in triplicate on the surface of the dressings for contact evaluation. The plates were incubated for 24 h at 37 °C in a bacteriological incubator.

[060] A atividade antibacteriana das amostras foi analisada mediante presença (crescimento) ou ausência dos microrganismos sob os curativos, qualitativamente. Os ensaios antimicrobianos utilizando a bactéria E. coli foram realizados para as amostras CB@NPAgs e Nexfill@ poroso puro (padrão para comparação chamado controle). A figura 13 exibe os testes realizados de acordo com o método de contato, em E. coli (108CFU/mL) durante 24 h de incubação à 37 °C. A partir dos ensaios realizados, foi possível observar que para todos os curativos CB@NPAgs não foi observado crescimento microbiano, sugerindo que em contato com o curativo ocorreu a inibição do crescimento de E. coli. Isso pode ser comprovado pelo crescimento nítido de E. coli na amostra controle.[060] The antibacterial activity of the samples was analyzed by the presence (growth) or absence of microorganisms under the dressings, qualitatively. Antimicrobial assays using E. coli bacteria were performed for CB@NPAgs and pure porous Nexfill@ samples (standard for comparison called control). Figure 13 shows the tests performed according to the contact method, in E. coli (108CFU/mL) during 24 h incubation at 37 °C. From the tests carried out, it was possible to observe that for all CB@NPAgs dressings no microbial growth was observed, suggesting that in contact with the dressing there was inhibition of the growth of E. coli. This can be proven by the clear growth of E. coli in the control sample.

[061] A figura 14 apresenta as imagens dos ensaios antimicrobianos das amostras via método de contato em S. aureus (108 CFU/mL) incubados por 24 h à 37 °C.[061] Figure 14 shows the images of antimicrobial assays of the samples via the contact method in S. aureus (108 CFU/mL) incubated for 24 h at 37 °C.

[062] Similarmente aos ensaios antimicrobianos em E. coli, todos os curativos testados inibiram o crescimento da S. aureus enquanto que o controle apresentou alto crescimento microbiano. Portanto, as amostras CB@NPAg1, CB@NPAg2, CB@NPAg3 e CB@NPAg4 foram eficazes em inibir o crescimento tanto da bactéria E. coli (gram-negativa) como da S. aureus (gram-positiva).[062] Similar to the antimicrobial assays in E. coli, all dressings tested inhibited the growth of S. aureus while the control showed high microbial growth. Therefore, the samples CB@NPAg1, CB@NPAg2, CB@NPAg3 and CB@NPAg4 were effective in inhibiting the growth of both E. coli (gram-negative) and S. aureus (gram-positive) bacteria.

[063] Ensaios de morte (E. coli e S. aureus).[063] Death assays (E. coli and S. aureus).

[064] Reativação das cepas, preparo do inóculo e ensaio de morte.[064] Reactivation of strains, inoculum preparation and death test.

[065] As cepas foram inoculadas com auxílio de uma alça estéril em um tubo de ensaio com tampa contendo 5 mL de caldo BHI (Brain heart infusion). O tubo foi incubado a 37 °C por 24 h e após este período foi observada uma turvação no meio de cultura indicando viabilidade microbiana. Após a reativação das cepas, será feita a semeadura pela técnica do esgotamento, para obtenção de colônias isoladas, em placas de ágar BHI. As placas serão incubadas a 37 °C por 24 h. Após a incubação, foram selecionadas 3 a 5 colônias que foram transferidas para um tubo com 2 mL de caldo BHI, incubado à 37 °C por 24 h. O inóculo bacteriano foi preparado em caldo BHI, de modo a produzir uma leve turvação, de densidade óptica visualmente equivalente ao tubo 0,5 da escala de McFarland (1x107 UFC/mL). Realizou-se a diluição dessa suspensão para 1x105 UFC/mL. Os curativos CB@NPAgs foram colocados em tubos tipo Falcon, contendo 20 mL de caldo BHI e uma suspensão inicial contendo 5x105 UFC/mL e então incubados à 37 °C. Alíquotas de 100 μL foram retiradas a cada 4h e diluídas seriadamente (até 10-6, em tubos Eppendorf contendo 900 μL de solução salina) e semeadas em ágar BHI e, posteriormente, incubadas à 37 °C por 24 h.[065] The strains were inoculated with the aid of a sterile loop in a test tube with a lid containing 5 mL of BHI broth (Brain heart infusion). The tube was incubated at 37 °C for 24 h and after this period turbidity in the culture medium was observed, indicating microbial viability. After the reactivation of the strains, sowing will be done using the depletion technique, to obtain isolated colonies, on BHI agar plates. Plates will be incubated at 37 °C for 24 h. After incubation, 3 to 5 colonies were selected and transferred to a tube with 2 mL of BHI broth, incubated at 37 °C for 24 h. The bacterial inoculum was prepared in BHI broth, in order to produce a slight turbidity, with optical density visually equivalent to the 0.5 tube on the McFarland scale (1x107 CFU/mL). This suspension was diluted to 1x105 CFU/mL. The CB@NPAgs dressings were placed in Falcon tubes, containing 20 mL of BHI broth and an initial suspension containing 5x105 CFU/mL, and then incubated at 37 °C. 100 μL aliquots were removed every 4h and serially diluted (up to 10-6, in Eppendorf tubes containing 900 μL of saline) and seeded in BHI agar and subsequently incubated at 37 °C for 24 h.

[066] Com a finalidade de quantificar a atividade antimicrobiana dos curativos preparados, ensaios de morte foram realizados para as bactérias E. coli e S. aureus. O log de redução do meio microbiano foi avaliado de 4 em 4 h, até um período de 48 h. A figura 15 mostra o log de redução de E. coli (em CFU/mL) em função do tempo para todos os curativos. Os maiores valores de log de redução foram detectados até o período de 28 h, sugerindo um possível período de uso dos curativos com eficácia na inibição do crescimento microbiano de E. coli. Portanto, o log de redução encontrado foi próximo a 1 para E. coli (bactéria gram-negativa).[066] In order to quantify the antimicrobial activity of the prepared dressings, death assays were performed for E. coli and S. aureus bacteria. The log reduction of the microbial medium was evaluated every 4 h, up to a period of 48 h. Figure 15 shows the log of E. coli reduction (in CFU/ml) as a function of time for all dressings. The highest values of log reduction were detected up to the 28 h period, suggesting a possible period of use of the dressings with efficacy in inhibiting the microbial growth of E. coli. Therefore, the log reduction found was close to 1 for E. coli (gram-negative bacteria).

[067] A figura 16 exibe as curvas de log de redução dos curativos para S. aureus em função do tempo. A partir desse resultado, foi possível detectar que a ação dos curativos frente a bactéria S. aureus foi prolongada, apresentando inibição do crescimento microbiano até 48 h. Esses resultados são concordantes com os dados de CIM obtidos para as NPAg que, mostram inibição microbiana para S. aureus em concentrações inferiores à necessária para inibir o crescimento da E. coli. O log de redução obtido para S.aureus foi próximo de 0,9.[067] Figure 16 shows the log curves of dressing reduction for S. aureus as a function of time. From this result, it was possible to detect that the action of the dressings against the S. aureus bacteria was prolonged, showing inhibition of microbial growth for up to 48 h. These results are in agreement with the MIC data obtained for NPAg, which show microbial inhibition for S. aureus at concentrations lower than necessary to inhibit the growth of E. coli. The log reduction obtained for S.aureus was close to 0.9.

[068] Por fim, os resultados obtidos via ensaios de morte confirmam que a ação dos curativos é via contato, com pequena quantidade de NPAg liberadas, além de sugerir que, a partir dos logs de redução obtidos, é possível estimar o tempo no qual os curativos são eficazes na inibição do crescimento microbiano. Esses resultados de log de redução próximo a 1 são concordantes com alguns curativos comerciais apresentados na literatura, principalmente no período de 24 h (J. J. Castellano, S. M. Shafii, F. Ko, G. Donate, T. E. Wright, R. J. Mannari, W. G. Payne, D. J.Smith, M. C. Robson, 2007: International Wound Journal).[068] Finally, the results obtained via death tests confirm that the action of the dressings is via contact, with a small amount of NPAg released, in addition to suggesting that, from the reduction logs obtained, it is possible to estimate the time in which dressings are effective in inhibiting microbial growth. These results of log reduction close to 1 are in agreement with some commercial dressings presented in the literature, mainly in the 24-hour period (JJ Castellano, SM Shafii, F. Ko, G. Donate, TE Wright, RJ Mannari, WG Payne, DJ Smith, MC Robson, 2007: International Wound Journal).

[069] Após os resultados obtidos, com a finalidade de avaliar um CFU de 102 (similar ao encontrado na pele) e de comparar com outros tipos de amostras (por exemplo amostras comerciais), foram realizados ensaios de curva de morte (em E. coli) para a amostra de CB@NPAg partindo da membrana úmida, embebendo com NPAg, para a amostra comercial Mepilex Ag (figura 17) e também para as amostras CB@NPAg1, CB@NPAg2, CB@NPAg3 e CB@NPAg4 (figura 18).[069] After the results obtained, in order to evaluate a CFU of 102 (similar to that found in the skin) and to compare with other types of samples (for example commercial samples), death curve tests were performed (in E. coli) for the CB@NPAg sample starting from the wet membrane, soaking with NPAg, for the commercial sample Mepilex Ag (figure 17) and also for the samples CB@NPAg1, CB@NPAg2, CB@NPAg3 and CB@NPAg4 (figure 18).

[070] A partir das curvas obtidas em função do tempo (48 h, para E. coli) foi possível observar um log de redução de aproximadamente 10 tanto para a amostra CB@NPAg embebida como para a amostra Mepilex Ag. Após o período de 28 h, foi observado uma maior diminuição do log de redução para CB@NPAg embebida do que para a Mepilex Ag, dando indicativos de que a amostra Mepilex Ag pode ser usada por um tempo mais prolongado. As duas amostras analisadas apresentaram um perfil de grande liberação de Ag, sendo consideradas amostras com grande atividade antimicrobiana em função do tempo. Contudo, os resultados previamente apresentados de citotoxicidade mostram que a Mepilex Ag é extremamente tóxica às células saudáveis.[070] From the curves obtained as a function of time (48 h, for E. coli) it was possible to observe a log reduction of approximately 10 both for the CB@NPAg soaked sample and for the Mepilex Ag sample. 28 h, a greater decrease in the log reduction was observed for soaked CB@NPAg than for Mepilex Ag, indicating that the Mepilex Ag sample can be used for a longer time. The two analyzed samples showed a profile of high Ag release, being considered samples with high antimicrobial activity as a function of time. However, previously presented cytotoxicity results show that Mepilex Ag is extremely toxic to healthy cells.

[071] A figura 18 apresenta as curvas obtidas em função do tempo (48 h, para E. coli em 102 CFU/mL). Os resultados obtidos foram similares aos obtidos anteriormente (para 108 CFU/mL), apresentando um log de redução de 1,3. É importante destacar que, para as amostras CB@NPAg1 e CB@NPAg2 (amostras com maior concentração de NPAg) foi observado log de redução acima de 1 no período de 32 h de incubação.[071] Figure 18 shows the curves obtained as a function of time (48 h, for E. coli in 102 CFU/mL). The results obtained were similar to those obtained previously (for 108 CFU/mL), showing a log reduction of 1.3. It is important to highlight that, for the samples CB@NPAg1 and CB@NPAg2 (samples with the highest concentration of NPAg) a log reduction above 1 was observed in the 32 h incubation period.

[072] Como já mostrado anteriormente, esse valor de log de redução próximo a 1 corrobora que os curativos analisados podem inibir o crescimento microbiano. Análises em triplicata estão sendo realizadas para aumentar a significância dos resultados obtidos a partir das curvas presentes na figura 18.[072] As previously shown, this log reduction value close to 1 corroborates that the analyzed dressings can inhibit microbial growth. Triplicate analyzes are being performed to increase the significance of the results obtained from the curves shown in Figure 18.

[073] A figura 19 apresenta as curvas de log de redução em função do tempo (48 h) para os curativos CB@NPAgs em meio de Pseudomonas aeruginosa. O log de redução obtidos para as amostras foi próximo a 1,2. É importante observar que, nas primeiras 4 h não houve crescimento microbiano em nenhuma das amostras. Já as amostras CB@NPAg1 e CB@NPAgs2 apresentaram maiores valores de log de redução após 4 h, se estendendo até 48 h de avaliação. Isso pode ser explicado devido ao fenômeno de dose-resposta, onde os curativos contendo as maiores concentrações de NPAg oferecem uma maior redução do crescimento do microrganismo em questão (A. J. Kora, J. Arunachalam., 2009: Assessment of antibacterial activity of silver nanoparticles on Pseudomonas aeruginosa and its mechanism of action).[073] Figure 19 shows the log reduction curves as a function of time (48 h) for CB@NPAgs dressings in Pseudomonas aeruginosa medium. The log reduction obtained for the samples was close to 1.2. It is important to note that, in the first 4 h, there was no microbial growth in any of the samples. The samples CB@NPAg1 and CB@NPAgs2 showed higher log reduction values after 4 h, extending up to 48 h of evaluation. This can be explained by the dose-response phenomenon, where dressings containing the highest concentrations of NPAg offer a greater reduction in the growth of the microorganism in question (AJ Kora, J. Arunachalam., 2009: Assessment of antibacterial activity of silver nanoparticles on Pseudomonas aeruginosa and its mechanism of action).

[074] Análises físico-químicas da NPAg e dos curativos via técnicas de espectroscopia vibracional de absorção na região o ultravioleta-visível, microscopia eletrônica de varredura, análise termogravimétrica e espectrometria de absorção atômica de alta resolução foram realizadas confirmando assim a distribuição homogênea das partículas de prata em tamanho manométrico na superfície das nanofibras das membranas de CB Nexfill@. Via espectrometria de absorção atômica de alta resolução foi possível quantificar indiretamente a concentração de NPAg presentes nos curativos. As concentrações de NPAgs determinadas foram 343,30; 158,26; 100,51 e 47,56 ppm para CB@NPAg1, CB@NPAg2, CB@NPAg3 e CB@NPAg4, respectivamente. Ensaios biológicos foram realizados e, a partir da avaliação da viabilidade celular, foi possível determinar o mínimo de NPAg que seria atóxico a nível celular. Subsequentemente, a concentração inibitória mínima (CIM) das NPAg foi determinada para as bactérias E. coli e S. aureus sendo que a concentração de NPAg para o MIC foi inferior para S. aureus (62,5 ppm) do que para E. coli (125 ppm). A viabilidade celular para os curativos também foi avaliada e foi possível determinar que, todos os curativos se mostraram viáveis a nível celular, com valores de viabilidade superiores a 70 %. Testes de atividade antimicrobiana para os curativos foram realizados via método de contato e todas as amostras apresentaram inibição do crescimento bacteriano (contra E. coli e S. aureus) sem apresentar halo de difusão, sugerindo que as NPAg não são liberadas das nanofibras da CB. Ensaios de morte também foram realizados para E. coli e S. aureus e confirmaram valores de log de redução próximos a 1 e 0,9, respectivamente. Estes resultados confirmam a baixa liberação de NPAg para o meio microbiano, confirmando que os curativos atuam na inibição do meio microbiano via contato. A atividade antimicrobiana obtida apenas por contato, consiste em uma observação importante que pode minimizar as possibilidades de liberação das NPAg presentes nos curativos, o que minimizaria a penetração das NPAg nos organismos vivos tratados. Além disso, os ensaios de morte mostram que a inibição do meio microbiano de E. coli e S. aureus ocorrem por um período de até 28 e 48 h, respectivamente, sugerindo que esses curativos possam ser utilizados nestes intervalos de tempo, ou seja, a troca poderia ser sugerida após atingir os tempos determinados via ensaios de morte. Para fins de comparação, curvas de morte foram obtidas para a amostra comercial (Mepilex Ag) e para a membrana CB@NPAg embebida em E. coli. Apesar da grande ação antimicrobiana apresentada pelas amostras (log redução 10), a amostra comercial apresenta alta liberação de Ag e, consequentemente, alta toxicidade a nível celular, o que deveria tornar inviável sua utilização em feridas e queimaduras. Esses resultados demonstram que os curativos propostos resolvem de maneira inovadora os problemas presentes no campo técnico, sendo, portanto, merecedores do privilégio de patente de invenção.[074] Physical-chemical analyzes of NPAg and dressings via vibrational absorption spectroscopy techniques in the ultraviolet-visible region, scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis and high-resolution atomic absorption spectrometry were performed thus confirming the homogeneous distribution of the particles of silver in gauge size on the surface of the nanofibers of CB Nexfill™ membranes. Using high-resolution atomic absorption spectrometry, it was possible to indirectly quantify the concentration of NPAg present in the dressings. The concentrations of NPAgs determined were 343.30; 158.26; 100.51 and 47.56 ppm for CB@NPAg1, CB@NPAg2, CB@NPAg3 and CB@NPAg4, respectively. Biological assays were performed and, based on the assessment of cell viability, it was possible to determine the minimum amount of NPAg that would be non-toxic at the cellular level. Subsequently, the minimum inhibitory concentration (MIC) of NPAg was determined for E. coli and S. aureus bacteria, the NPAg concentration for the MIC being lower for S. aureus (62.5 ppm) than for E. coli (125 ppm). Cell viability for dressings was also evaluated and it was possible to determine that all dressings were viable at the cellular level, with viability values above 70%. Antimicrobial activity tests for the dressings were performed via the contact method and all samples showed inhibition of bacterial growth (against E. coli and S. aureus) without showing a diffusion halo, suggesting that NPAg are not released from the BC nanofibers. Death assays were also performed for E. coli and S. aureus and confirmed log reduction values close to 1 and 0.9, respectively. These results confirm the low release of NPAg to the microbial medium, confirming that the dressings act in the inhibition of the microbial medium via contact. The antimicrobial activity obtained only by contact, is an important observation that can minimize the possibilities of releasing NPAg present in dressings, which would minimize the penetration of NPAg in treated living organisms. Furthermore, the death assays show that the inhibition of the microbial environment of E. coli and S. aureus occurs for a period of up to 28 and 48 h, respectively, suggesting that these dressings can be used in these time intervals, that is, the switch could be suggested after reaching the times determined via death trials. For comparison purposes, death curves were obtained for the commercial sample (Mepilex Ag) and for the CB@NPAg membrane embedded in E. coli. Despite the great antimicrobial action shown by the samples (log reduction 10), the commercial sample has high Ag release and, consequently, high toxicity at the cellular level, which should make its use in wounds and burns unfeasible. These results demonstrate that the proposed dressings solve in an innovative way the problems present in the technical field, being, therefore, deserving of the patent of invention privilege.

Claims (8)

CURATIVOS ANTIMICROBIANOS caracterizadas por serem constituídos de membranas porosas de celulose bacteriana, sintetizadas por Acetobacter xylinum, impregnadas com suspensão de nanopartículas de prata, com concentração entre 62,5 e 500 ppm.ANTIMICROBIAL DRESSINGS characterized by being composed of porous bacterial cellulose membranes, synthesized by Acetobacter xylinum, impregnated with a suspension of silver nanoparticles, with a concentration between 62.5 and 500 ppm. CURATIVOS ANTIMICROBIANOS, de acordo com reivindicação 1, caracterizado pela versão CB@NPAg1 possuir membranas de celulose bacteriana impregnadas com suspensão de nanopartículas de prata em concentração de 500 ppm.ANTIMICROBIAL DRESSINGS, according to claim 1, characterized in that the CB@NPAg1 version has bacterial cellulose membranes impregnated with a suspension of silver nanoparticles at a concentration of 500 ppm. CURATIVOS ANTIMICROBIANOS, de acordo com reivindicação 1, caracterizado pela versão CB@NPAg2 possuir membranas de celulose bacteriana impregnadas com suspensão de nanopartículas de prata em concentração de 250 ppm.ANTIMICROBIAL DRESSINGS, according to claim 1, characterized in that the CB@NPAg2 version has bacterial cellulose membranes impregnated with a suspension of silver nanoparticles at a concentration of 250 ppm. CURATIVOS ANTIMICROBIANOS, de acordo com reivindicação 1, caracterizado pela versão CB@NPAg3 possuir membranas de celulose bacteriana impregnadas com suspensão de nanopartículas de prata em concentração de 125 ppm.ANTIMICROBIAL DRESSINGS, according to claim 1, characterized in that the CB@NPAg3 version has bacterial cellulose membranes impregnated with a suspension of silver nanoparticles at a concentration of 125 ppm. CURATIVOS ANTIMICROBIANOS, de acordo com reivindicação 1, caracterizado pela versão CB@NPAg4 possuir membranas de celulose bacteriana impregnadas com suspensão de nanopartículas de prata em concentração de 62,5 ppm.ANTIMICROBIAL DRESSINGS, according to claim 1, characterized in that the CB@NPAg4 version has bacterial cellulose membranes impregnated with a suspension of silver nanoparticles at a concentration of 62.5 ppm. PROCESSO DE OBTENÇÃO DE CURATIVOS ANTIMICROBIANOS caracterizado por se iniciar com a preparação de suspensões aquosas de NPAg, com concentrações que variaram entre 500 e 62,5 ppm utilizando água destilada para atingir as concentrações desejadas; as membranas de CB foram adicionadas ao fundo de Erlenmeyer de 250 mL e posteriormente foram adicionadas as distintas concentrações de NPAg preparadas; os Erlenmeyer foram fechados e cobertos com alumínio para evitar o contato com luz; após isso, os Erlenmeyer foram adicionados a uma mesa de agitação mecânica (agitação orbital, 240 rpm) por um período de 24 h à 25 °C (temperatura ambiente); após esse período, as quatro versões dos curativos antimicrobianos foram obtidas.PROCESS FOR OBTAINING ANTIMICROBIAL DRESSINGS characterized by starting with the preparation of aqueous suspensions of NPAg, with concentrations ranging between 500 and 62.5 ppm using distilled water to reach the desired concentrations; the CB membranes were added to the 250 ml Erlenmeyer bottom and subsequently the different concentrations of prepared NPAg were added; Erlenmeyer flasks were closed and covered with aluminum to avoid contact with light; after that, the Erlenmeyer flasks were added to a mechanical stirring table (orbital agitation, 240 rpm) for a period of 24 h at 25 °C (room temperature); after this period, the four versions of the antimicrobial dressings were obtained. APLICAÇÃO DOS CURATIVOS ANTIMICROBIANOS, descritos conforme reivindicação 1, caracterizado por ser para a cicatrização de feridas crônicas.APPLICATION OF ANTIMICROBIAL DRESSINGS, described according to claim 1, characterized by being for the healing of chronic wounds. APLICAÇÃO DOS CURATIVOS ANTIMICROBIANOS, descritos conforme reivindicação 1, caracterizado por ser para o tratamento de queimaduras.APPLICATION OF ANTIMICROBIAL DRESSINGS, described according to claim 1, characterized in that it is for the treatment of burns.
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