O prefixo “Nano” possui origem grega e significa um bilionésimo (0,000000001) de alguma coisa. Assim, nanômetro significa um bilionésimo do metro, usualmente representado por 10-9 m, ou pela unidade de medida nm (Tounet, 2019).
Os avanços em nanotecnologia possibilitam a síntese da prata metálica como nanopartículas, a qual é mais eficiente que o uso direto dos íons prata, já que necessitam de menores concentrações para atuação e possibilita melhor penetração nas células microbianas, o que potencializa seu efeito antimicrobiano.
O reduzido tamanho das nanopartículas de prata também possibilita maior superfície de contato e consequentemente maior interação, possibilitando a utilização de menor concentração deste antimicrobiano.
As nanopartículas de prata NPAg podem ser sintetizadas por duas técnicas conhecidas como “bottom-up” e “top-down”. Na técnica de bottom-up, a formação ocorre a partir de átomos ou moléculas que se montam quimicamente usando princípios de reconhecimento molecular, e na técnica top-down, a formação ocorre a partir de entidades maiores, que se dividem em peças menores até que possuam de 1 a 3 nanômetros ou um bilionésimo de metro, passando a possuírem propriedades novas, diferentes das moléculas maiores (NAYFEH, 2018).
Eficazes na inibição do crescimento de bactérias gram-positivas e gram-negativas e como antibacterianas, as nanopartículas de prata e ouro possuem o mecanismo de ação parcialmente esclarecido e segundo Rodriguez-Felix et al. 2021 e Javec et al., 2021, as nanopartículas de prata, NPAg, apresentam elevado potencial de aplicação na indústria alimentícia, para a saúde humana e meio ambiente, e suas características antimicrobianas, permitem a inibição de muitas bactérias patogênicas e deterioradoras.
Dentre as várias hipóteses para explicar os mecanismos de ação das nanopartículas, existe a de ação direta na membrana celular bacteriana, causando danificação e alteração em sua permeabilidade, além da redução de atividade das enzimas membranosas, conforme apresentado na Figura 1.
Com o aumento da permeabilidade das membranas bacterianas, ocorre a inibição das funções de proteínas essenciais e enzimas respiratórias, o que resulta na quebra da replicação dos ácidos nucléicos e na inibição dos processos de transporte de íons. Outros fatores que influenciam proporcionalmente, destacam-se a concentração de NPAg e o tamanho das moléculas, sendo que, quanto maior a concentração, maior será a ação, e quanto menor a molécula, maior a tendência de interação com as paredes celulares (Rajeshkumar; Bharath, Geetha, 2019; Kailasa et al., 2019).
De forma geral, as nanopartículas de prata promovem inibição do crescimento microbiano, retardando a velocidade de suas atividades vitais, paralisação dos processos de divisão celular, transporte de enzimas e nutrientes, além da desestabilização da membrana e parede celular, conforme apresentado na Figura 1.
Figura 1 – Mecanismo de ação de nanopartículas de prata nas células microbianas. / Fonte: Methanogens and Nano-Silver / Disponível em: https://methanenanosilver.weebly.com/
Como pode ser observado na Figura 1, antibióticos atacam somente um sítio na membrana bacteriana e, desta forma, estes microrganismos podem adquirir resistência, diferente do processo de ação dos íons de prata, o qual ataca em vários sítios, impossibilitando o desenvolvimento de resistência.
Segundo Lara et al., 2010, as nanopartículas de prata são capazes de invadir as células, interagindo com ligações dissulfeto dos conteúdos de glicoproteína / proteína de microrganismos como vírus, bactérias e fungos, ou seja, as nanopartículas são nocivas às proteínas, e consequentemente afetam negativamente o DNA (dificultam sua replicação) e o RNA (impossibilitando sua transcrição).
As NPAg também apresentam eficiência no controle de biofilmes formados por L. monocytogenes, demonstrando maior inibição quanto maior for a concentração de prata utilizada (Khan et al., 2021).
Kumar et al. (2021) demonstraram um percentual de 97% de redução viral específica para SARS-CoV-2 em tecido impregnado com nanopartículas de prata. A fotodeposição direta das NPAg em tecido, também apresentou característica antimicrobiana quando exposto a culturas de microrganismos como Escherichia coli e Aspergillus Niger.
Na indústria de alimentos, foram encontrados resultados satisfatórios ao utilizarem nanopartículas de prata como antimicrobiano em revestimento de filé de peito de frango incorporado em filme fabricado com Policloreto de Polivinila (PVC) a uma concentração de 0,5 % de prata. As bactérias Gram-negativas foram menos resistentes do que as Gram-positivas, e o produto apresentou ganho na vida de prateleira, além de redução na oxidação lipídica (Azlin-Hasim et al., 2016).
Resultados significativos também foram demonstrados por Arfat et al. (2017) para o uso das nanopartículas de prata em embalagens ativas para alimentos por inibir microrganismos como L. monocytogenes e Salmonella Typhimurium.
Em estudo realizado por Parashar et al., 2011, foi verificado que nanoparticulas de prata apresentaram potencial atividade antimicrobiana, sobre biofilme, contra Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus epidermidis.
Uma das características importantes da nanotecnologia é sua multidisciplinaridade, envolvendo áreas relacionadas à química, física, engenharia e biologia. As diferentes interfaces são ricas para relevantes problemas científicos e oportunidades de geração de novas tecnologias (ABDI, 2010).
Assim, as NPAgs podem ser aplicadas em diversas outras áreas biológicas e biomédicas, conforme apresentado na Figura 2, adaptada de Zhang et al., 2016, cujos princípios, conceitos e formas de utilização permitem a extrapolação para outros campos do conhecimento.
Figura 2 – Aplicações de nanopartículas de prata / Adaptado de Zhang et al., 2016.
Tendências de aplicação
Em meados dos anos 1999, os Estados Unidos da América passaram a demonstrar publicamente seu interesse pelo ramo da nanotecnologia, estabelecendo uma iniciativa nacional não tecnológica, para já em 2003 assinarem a Lei de Investigação de Desenvolvimento da Nanotecnologia do Século XXI, concedendo 3,7 milhões de dólares para pesquisa na área (Nayfeh, 2018).
NPAgs parecem ser agentes antibacterianos alternativos e têm a capacidade de superar a resistência bacteriana aos antibióticos, apresentando-se como potencial alternativa para utilização em indústrias de alimentos.
Para o emprego das NPAgs como antimicrobianos é importante avaliar não somente o efeito direto sobre o microrganismo alvo, mas também a interferência da matriz alimentícia sobre sua efetividade.
Referências
- ABDI, Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial, Cartilha sobre Nanotecnologia, 2010. Disponível em: Portal do Livro Aberto. https://livroaberto.ibict.br cartilha_nanotecnologia. Acessado em 15 de março de 2024
- AZLIN-HASIM, S.; CRUZ-ROMERO, M.C.; MORRIS, M.A.; PADMANABHAN, S.C.; CUMMINS, E.; KERRY, J. P. The Potential Application of Antimicrobial Silver Polyvinyl Chloride Nanocomposite Films to Extend the Shelf-Life of Chicken Breast Fillets. Food and Bioprocess Technology, v. 9, p. 1661-1673, 2016.
- ARFAT, Y.A.; EJAZ, M.; JACOB, H.; AHMED, J. Deciphering the potential of guar gum/Ag-Cu nanocomposite films as an active food packaging material. Carbohydrate Polymers, v. 157, p. 65-71, 2017.
- JAVED, B.; IKRAM, M.; FAROOQ, F.; SULTANA, T.; MASHWANI, Z.; RAJA, N.I. Biogenesis of silver nanoparticles to treat cancer, diabetes, and microbial infections: a mechanistic overview. Applied Microbiology and Biotechnology, p.2261-2275, 2021.
- KAILASA, S. K.; PARK, T.; ROHIT, J. V.; KODURU, J. R. Antimicrobial activity of silver nanoparticles. Nanoparticles in Pharmacotherapy, p.461-484, 2019.
- KHAN, A.A.; ALANAZI, A.M.; ALSAIF, N.; WANI, T.A.; BHAT, M.A. Pomegranate peel induced biogenic synthesis of silver nanoparticles and their multifaceted potential against intracellular pathogen and câncer. Saudi Journal of Biological Sciences, v.28, n. 8 p. 4191-4200, 2021
- KUMAR, A.; NATH, K.; PAREKH, Y.; ENAYATHULLAH, M.G.; BOKARA, K.K.; SINHAMAHAPATRA, A. Antimicrobial silver nanoparticle-photodeposited fabrics for SARS-Cov-2 destruction. Colloid and Interface Science Communications, v. 45, p.1-8, 2021.
- LARA HH, AYALA-NUÑEZ NV, IXTEPAN-TURRENT L, RODRIGUEZ-PADILLA C. Mode of antiviral action of silver nanoparticles against HIV-1. Journal of nanobiotechnology 8: 1, 2010.
- Methanogens and Nano-Silver, disponível em https://methanenanosilver.weebly.com/, acessado em 15/03/2024
- NAYFEH, M. Particle-by-Particle Nanotechnology. Fundamentals and Applications of Nano Silicon in Plasmonics and Fullerines, p.139-151, 2018.
- PARASHAR, U.K.; KUMAR, V.; BERA, T.; SAXENA, P.S.; NATH, G.; SRIVASTAVA, S.K.; GIRI, R.; SRIVASTAVA, A. Study of mechanism of enhanced antibacterial activity by green synthesis of silver nanoparticles. Nanotechnology 2011,22, p. 415104
- RAJESHKUMAR, S.; BHARATH, L. V.; GEETHA R. Broad spectrum antibacterial silver nanoparticle green synthesis: Characterization, and mechanism of action. Green Synthesis, Characterization and Applications of Nanoparticles, p.429-444, 2019.
- RODRÍGUEZ-FELIX, F.; LÓPEZ-COTA, A.G.; MORENO-VÁSQUEZ, M.J.; GRACIANO-VERDUGO, A.Z.; QUINTERO-REYES, I.E.; DEL-TORO-SÁNCHEZ, C.L.; TAPIA-HERNÁNDEZ, J.A. Sustainable-green synthesis of silver nanoparticles using safflower (Carthamus tinctorius L.) waste extract and its antibacterial activity. Heliyon, v. 7, n. 4, p. 1-11, 2021.
- TOUNET, M.D.; LEONEL A.A., Nanociência e Nanotecnologia: uma revisão bibliográfica acerca das contribuições e desafios para o ensino de Física. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 36, n. 2, p. 431-456, 2019.
- ZHANG, X.F.; LIU, Z.G.; SHEN, W.; GURUNATHAN, S. Silver Review Nanoparticles: Synthesis, Characterization, Properties, Applications, and Therapeutic Approaches. International Journal of Molecular Sciences. V. 17, P. 1534, 2016.
