Evaluación in vitro de la actividad antimicrobiana de un gel para manos con nanomoléculas de cobre

In vitro evaluation of the antimicrobial activity of a hand gel with copper nanomolecules

Autores | Contacto

R Cruz 1, M Vera 2, N González 2, N  Faundes 3, J Leiva 3 y J Flores 3

1 Académico Laboratorio de Micología Universidad de Valparaíso. Chile.
2
Alumnos Escuela de Odontología Universidad de Valparaíso. Chile.
3
Alumnos Escuela de Medicina Universidad de Valparaíso. Chile.

Laboratorio de Micología. Universidad de Valparaíso. Chile. Hontaneda 2356 Valparaíso. Chile.

Autor responsable: Rodrigo Cruz Ch.
E-mail: rcruzchoappa@gmail.com

Conflictos de interés: declaramos no tener conflictos de interés.
Financiamiento: Laboratorio de Micología Universidad de Valparaíso. Chile.

Recibido: 16.01.2017
Aceptado para su Publicación: 02.03.2017

Dirección
Dra. Mirta Cristina Verdi

Resumen | Palabras Claves

RESUMEN

Introducción: en los últimos años el uso del cobre se ha propuesto como una alternativa para la disminución de IAAS.
Objetivos: evaluar la actividad antimicrobiana in vitro de un gel para manos, con nanomoléculas de cobre en cepas de: Candida albicans, C. parapsilosis, Staphylococcus aureus, Enteroccus faecalis,  Escherichia coli y Pseudomona aeruginosa.
Materiales y Método: estudio experimental in vitro. Se sembraron cepas de referencia (ATCC) en medios de cultivos y se colocaron cuatro discos de gasas estériles con gel de cobre, clorhexidina, alcohol gel y de agua destilada. Se midieron los halos a las 24, 48 hs y 7 días. Se utilizó la prueba de Anova y test HSD Tukey para análisis estadístico.
Resultados: para C. albicans y C. parapsilosis el gel de cobre presentó un halo de inhibición a las 24, 48 hs y 7 días, siendo mayor al de clorhexidina (p< 0,001) en el caso de la C. albicans. Para S. aureus, E. coli y P. aeruginosa presentó un halo menor (p< 0,001) que el de clorhexidina a las 24 hs, sin embargo, no hubo inhibición a las 48 hs ni a los 7 días. En E. faecalis no hubo halo de inhibición a ningún tiempo.
Conclusiones: el gel de cobre presentó actividad in vitro tanto para C. albicans como para C. parapsilosis, hasta los 7 días. Presentó actividad sobre S. aureus, E. coli y P. aeruginosa  hasta las 24 hs. No presentó actividad antimicrobiana sobre E. faecalis.

PALABRAS CLAVE: gel, cobre, actividad antimicrobiana.

SUMMARY

Introduction: in the last few years the use of copper has been proposed as an alternative for reducing HAIs.
Objective: to assess in vitro antimicrobial activity of a gel with copper nanomolecules on strains of Candida albicans , C. parapsilosis, Staphylococcus aureus, Enteroccus faecalis ,  Escherichia coli and Pseudomona aeruginosa.
Materials and Methods: in vitro experimental study. Reference strains (ATCC) were seeded in growth small and then four disks of sterile gauze impregnated with gel copper, chlorhexidine, gel alcohol and distilled water were placed in the culture. Halos were measured at 24, 48 hours and 7 days. Anova test and Tukey HSD test were used to statistical analysis.
Results: for C. albicans and C. parapsilosis copper gel provided an inhibition at 24, 48 hours and 7 days, being higher than chlorhexidine (p <0.001) in the case of C. albicans. For S. aureus, E. coli and P. aeruginosa copper gel showed a lower halo (p <0.001) than chlorhexidine at 16 and 24 hours, however there was no inhibition at 48 hrs or 7 days. In E. faecalis no inhibition halo was found at any time.
Conclusions: the copper gel showed in vitro activity for C. albicans and C. parapsilosis up to 7 days. Presented  activity on S. aureus, E. coli and P. aeruginosa up to 24 hrs. It did not show antimicrobial activity against E. faecalis.

KEY WORDS: gel, copper, antimicrobial activity.

Artículo | Referencias

INTRODUCCIÓN

El uso del cobre por las civilizaciones comenzó aproximadamente entre el 5to y 6to milenio A.C. Fue el primer metal utilizado, posiblemente por su fácil maleabilidad y porque no requería de fundición 1. Posteriormente, su uso se propagó por toda Europa y el Medio Oriente, transformándolo en el principal material para la fabricación de artículos de adorno. Con la invención de la fundición, la era de la metalurgia comenzó y surgen las combinaciones con otros metales, específicamente con el estaño, apareciendo así el bronce 1,2.
El uso del cobre en la medicina se generalizó entre los siglos XIX y XX y una variedad de preparaciones con cobre inorgánico, se usaron para tratar una serie de enfermedades cuya etiología aún no estaban claras: adenitis crónica, eczema, impétigo, infecciones tuberculosas, el lupus y la sífilis, entre otras. El uso del cobre como agente antimicrobiano, continuó hasta la llegada de los primeros antibióticos disponibles en el mercado, en los años treinta del siglo pasado 2.
La propagación de bacterias resistentes y multiresistentes a los antibióticos, principalmente en las unidades críticas de los hospitales de mayor complejidad, ha planteado la necesidad de aplicar nuevas estrategias para evitar su aumento y diseminación. Una de estas alternativas es el uso de superficies de cobre, método que ha  generado un gran interés en la actualidad, tanto para la prevención de infecciones como en la disminución de los costos asociados 3,4.
Los mecanismos por los que el cobre tendría sus propiedades antimicrobianas, están dadas principalmente por la liberación de radicales de hidroperóxido, el cambio en la permeabilidad y ruptura de membranas, alteración de proteínas y de ácidos nucleicos de los microorganismos 5,6,7.
Actualmente, en el mercado existe un gel con nanomoléculas de cobre, el que  podría ser de utilidad para la higienización de manos.
El objetivo del presente trabajo fue evaluar la actividad antimicrobiana in vitro del gel para manos con nanomoléculas de cobre en cepas de Candida albicans, C. parapsilosis, Staphylococcus aureus, Enteroccus faecalis, Escherichia coli y Pseudomona aeruginosa.

MATERIALES Y MÉTODO

Estudio experimental in vitro. La técnica utilizada fue cualitativa.
Cepas estudiadas: C. albicans  ATCC90028, C. parapsilosis ATCC22019, S. aureus ATCC 25923, E. faecalis ATCC 29212, E. coli ATCC 25922 y P. aeruginosa ATCC 27853.
Medios de cultivo y medición de halos de inhibición: se preparó una solución 0,5 McFarland y se sembraron 9 placas  Petri con agar Mueller-Hinton, por cada especie. En cada placa se colocaron cuatro discos de gasas estériles de 10 mm de diámetro, impregnados con aproximadamente 0.03 g de gel de cobre, clorhexidina al 0,12%, alcohol gel y agua destilada. Luego se cultivaron a 37°C en aerobiosis. Finalmente, se midieron con regla los halos alrededor de cada disco a las 24, 48 hs y 7 días.
Análisis estadístico: se realizó con el programa SPSS Statistics 22. Se utilizó la prueba de Anova y test HSD Tukey, para determinar diferencias estadísticas en los promedios de los halos medidos de cada especie.

RESULTADOS

Levaduras: en C. albicans, el gel de cobre presentó un halo de inhibición mayor que  clorhexidina (p< 0,001), a las 24, 48 hs y a los 7 días (Figs 1A, 1B, 1C).


Fig 1 A/B/C: se observa halo de inhibición para C. albicans mayor al de clorhexidina a las 24 hs

En C. parapsilosis, el gel de cobre presentó un halo de inhibición similar a la clorhexidina a las 24 hs (p: 0,25), sin embargo, fue menor a las 48 hs y 7 días (p< 0,001).
Bacterias: para S. aureus el gel de cobre presentó un halo de inhibición menor a clorhexidina a 24 hs (p< 0,001) (Fig 2), no obstante ello,  no hubo inhibición a las 48 hs ni a los 7 días.


Fig 2: se observa halo de inhibición para S. aureus igual al de clorhexidina a las 24 hs.

Para E. faecalis no se observó halo de inhibición a las 24, 48 hs ni a los 7 días. Clorhexidina desarrolló un halo en todos los tiempos medidos (Fig 3).


Fig 3: no hubo inhibición para E. faecalis a ningún tiempo.

Tanto E. coli como P. aeruginosa presentaron haloinhibición a las 24 hs, sin embrago, fue menor al de clorhexidina (p< 0,001) (Fig 4). No presentaron halo a las 48 hs ni a los 7 días, a diferencia de clorhexidina.


Fig 4: se observa halo de inhibición para E.coli  igual al de clorhexidina a las 24 hs.

El alcohol gel y suero fisiológico no presentaron halo medible a ningún tiempo.

DISCUSIÓN

El cobre ha sido utilizado por largo tiempo en medicina y en el último tiempo, se ha propuesto su uso para la disminución de IAAS y los costos directos asociados 1,4, 8.
En los distintos recintos de atención médica se usa principalmente alcohol gel para la higienización de manos, debido a que es un antiséptico de bajo costo, de espectro amplio y con acción inmediata, sin embargo, no presenta efecto residual y puede provocar irritación sobre piel y mucosas 9.
La actividad antimicrobiana del cobre se ha determinado principalmente en láminas de cobre al 99,9% o en sus aleaciones, con una concentración sobre el 70% 8, 10,11, 12, lo que es distinto a la metodología utilizada en nuestro trabajo, donde se determinó cualitativamente a través de la difusión de nanomoléculas de este metal, en un medio de cultivo. Otros trabajos también han utilizado esta metodología, para conocer la actividad antimicrobiana de distintos productos 13,14, 15.
En nuestro trabajo el gel de cobre presentó actividad para las dos levaduras estudiadas, con efecto residual hasta los 7 días, incluso superior a clorhexidina en el caso de C. albicans. Los estudios en C. albicans y Saccharomyces demuestran que la actividad antifúngica, ocurre mediante un proceso complejo denominado “muerte por contacto”, en el que se produce un daño a la membrana citoplasmática mediante despolarización. Esto facilita la entrada de iones de cobre a la célula, ampliando el daño y secundariamente se produce un aumento en el estrés oxidativo, sin producir daño del ADN de los hongos 8,16.
La actividad antibacteriana del cobre ha sido evidenciada en diversos estudios 17,18 e incluso la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) avaló el uso del cobre como material con propiedades antibacterianas 19. Estudios realizados en Chile en el ámbito clínico, han demostrado un efecto antibacteriano de superficies cobrizadas en unidades de cuidado intensivo, con disminuciones entre 49 y 92% de la carga bacteriana en las superficies 20. En nuestro artículo, la actividad antibacteriana del cobre en nanomoléculas fue hasta las 24 hs y no hubo inhibición de E. faecalis. Esto puede explicarse debido a que algunas bacterias pueden expresar mecanismos que le confieren resistencia a distintos metales, incluso en altas concentraciones y entre ellos al cobre 21. En general, los mecanismos involucrados son: la destoxicación de las formas iónicas del cobre, tanto en el citoplasma como en el espacio periplásmico, involucrando bombas de expulsión, tanto ATPasas como transportadores dependientes del gradiente de protones y enzimas oxidativas, que tendrían la función de alterar el estado de oxidación de los iones de cobre, disminuyendo su toxicidad 21.
Se han descrito eventos de co-selección de genes de resistencia, tanto a metales como a antimicrobianos, asociados generalmente a la presión selectiva de tan solo uno de ellos, lo que se explica generalmente, por la presencia de ambos determinantes de resistencia en las mismas estructuras genéticas, como por ejemplo plá́smidos 22.

El gel con nanomoléculas de cobre podría ser una alternativa al alcohol gel, utilizado en los distintos recintos de atención médica, sin embargo, creemos que deben realizarse otros estudios que complementen la información de este trabajo preliminar, ya que, debe considerarse que algunas bacterias de importancia médica pueden desarrollar tolerancia a éste y otros metales, lo que podría limitar su uso.

REFERENCIAS

1. Dollwet H, Sorenson J. Historic uses of copper compounds in medicine. Trace Elem Med 1985; 2: 80-87.

2. Grass G, Rensing C, Solioz M. Metallic copper as an antimicrobial surface. Appl Environ Microbiol 2011; 77 (5): 1541-1547.

3. Kramer A, Schwebke I, Kampf G. How long do nosocomial pathogens persist on inanimate surfaces? A systematic review. BMC Infect Dis 2006; 6:130-138.

4. Rivero P, Nercelles P, Brener P. Impacto del cobre en la reducción de infecciones intrahospitalarias, mortalidad y gasto en antimicrobianos en una Unidad de Cuidados Intensivo de adultos. Rev Chil Infectol 2014; 31 (3) : 274-279.

5. O’Gorman J, Humphreys H. Application of copper to prevent and control infection. Where are we now? J Hosp Infect 2012; 81 (4): 217-223.

6. Gordon AS, Howell LD, Harwood V. Responses of diverse heterotrophic bacteria to elevated copper concentrations. Can J Microbiol 1994; 40: 408-411.

7. Rodríguez-Montelongo L, de la Cruz-Rodríguez L, Farías RN, Massa EM. Membrane-associated redox cycling of copper mediates hydroproxide toxicity in Escherichia coli. Biochim Biophys Acta 1993; 1144: 77-84.

8. Prado V, Vidal R, Durán C. Aplicación de la capacidad bactericida del cobre en la práctica médica. Rev Med Chile 2012; 140: 1325-1332.

9. Moreno F, Schade A, Rivero P, Smith C. Recomendaciones prácticas para la antisepsia y desinfección. Bol Micol 2015; 30 (2): 64-70.

10. Noyce JO, Michels H, Keevil CW. Potential use of copper surfaces to reduce survival of epidemic meticillin resistant Staphylococcus aureus in the healthcare environment. J Hosp Infect 2006; 63: 289-297.

11. Vidal R, Domínguez M, Urrutia H, Bello H, González G, García A. Biofilm formation by Acinetobacter baumanni. Microbios 1996; 86: 49-58.

12. Prado V, Esparza M, Vidal R, Durán C. Actividad bactericida de superficies de cobre frente a bacterias asociadas a infecciones nosocomiales, en un modelo in vitro de adherencia y sobrevivencia. Rev Méd Chile 2013; 141 (3): 291-297.

13. Aguilera MC, Romano E, Ramos N, Rojas L. Sensibilidad del Streptococcus mutans a tres enjuagues bucales comerciales (Estudio in vitro). ODOUS CIENTIFICA 2011; 12 (1): 7-13.

14. Saavedra F, López B, Yrei V, Gallardo T, Ale N, Gordillo G. Actividad antibacteriana y fungicida de las antraquinonas de Aloe vera L. combinadas con cationes cobre, hierro, plata y bismuto. Cien Invest 2012; 15 (1): 30-35.

15. Thomson P, Anticevic S, Rodríguez H, Silva S. Actividad antifúngica y perfil de seguridad del producto natural derivado del aceite de maravilla ozonizado (AMO3) en dermatofitos. Rev Chil Infect 2011; 28 (6): 512-519.

16. Quaranta D, Krans T, Espirito Santo C, Elowsky CG, Domaille DW, Chang CJ y col. Mechanisms of contact-mediated killing of yeast cells on dry metallic copper surfaces. Appl Environ Microbiol 2011; 77: 416-426.

17. Noyce J, Michels H, Keevil C. Potential use of copper surfaces to reduce survival of epidemic methicillin-resistant Staphylococcus aureus in the healthcare environment. J Hosp Infect 2006; 63: 289-297.

18. Mehtar S, Wiid I, Todorov S. The antimicrobial activity of copper and copper alloys against nosocomial pathogens and Mycobacterium tuberculosis isolated from healthcare facilities in the Western Cape: an in-vitro study. J Hosp Infect 2008; 68: 45-51.

19. EPA registers copper-containing alloy products. http://www.epa.gov/pesticides/factsheets/ copper-alloy-products.htm. (acceso 20 Enero 2016).

20. Prado V, Durán C, Crestto M, Gutiérrez A, Sapiain P, Flores G y col. Effectiveness of copper contact surfaces in reducing the microbial burden (MB) in the intensive care unit (ICU) of Hospital del Cobre, Calama, Chile. 2010. http://www. ndthatpdf.com/search- 7918642-hPDF/download-documents-i c- poster-calama-results.pdf.htm.diciembre 2012. (acceso 20 enero 2016).

21. Kappes T, Domínguez M, Bello H, Mella S, Riedel G, González-Rocha G. Actividad de cobre sobre bacilos gramnegativos multi-resistentes aislados en hospitales chilenos. Rev Chil Infectol 2012; 29 (6): 622-627.

22. Grass G, Rensing C, Solioz M. Metallic copper as an antimicrobial surface. App Environ Microbiol 2011; 77: 1541-1547.

Referencias

REFERENCIAS

1. Dollwet H, Sorenson J. Historic uses of copper compounds in medicine. Trace Elem Med 1985; 2: 80-87.

2. Grass G, Rensing C, Solioz M. Metallic copper as an antimicrobial surface. Appl Environ Microbiol 2011; 77 (5): 1541-1547.

3. Kramer A, Schwebke I, Kampf G. How long do nosocomial pathogens persist on inanimate surfaces? A systematic review. BMC Infect Dis 2006; 6:130-138.

4. Rivero P, Nercelles P, Brener P. Impacto del cobre en la reducción de infecciones intrahospitalarias, mortalidad y gasto en antimicrobianos en una Unidad de Cuidados Intensivo de adultos. Rev Chil Infectol 2014; 31 (3) : 274-279.

5. O’Gorman J, Humphreys H. Application of copper to prevent and control infection. Where are we now? J Hosp Infect 2012; 81 (4): 217-223.

6. Gordon AS, Howell LD, Harwood V. Responses of diverse heterotrophic bacteria to elevated copper concentrations. Can J Microbiol 1994; 40: 408-411.

7. Rodríguez-Montelongo L, de la Cruz-Rodríguez L, Farías RN, Massa EM. Membrane-associated redox cycling of copper mediates hydroproxide toxicity in Escherichia coli. Biochim Biophys Acta 1993; 1144: 77-84.

8. Prado V, Vidal R, Durán C. Aplicación de la capacidad bactericida del cobre en la práctica médica. Rev Med Chile 2012; 140: 1325-1332.

9. Moreno F, Schade A, Rivero P, Smith C. Recomendaciones prácticas para la antisepsia y desinfección. Bol Micol 2015; 30 (2): 64-70.

10. Noyce JO, Michels H, Keevil CW. Potential use of copper surfaces to reduce survival of epidemic meticillin resistant Staphylococcus aureus in the healthcare environment. J Hosp Infect 2006; 63: 289-297.

11. Vidal R, Domínguez M, Urrutia H, Bello H, González G, García A. Biofilm formation by Acinetobacter baumanni. Microbios 1996; 86: 49-58.

12. Prado V, Esparza M, Vidal R, Durán C. Actividad bactericida de superficies de cobre frente a bacterias asociadas a infecciones nosocomiales, en un modelo in vitro de adherencia y sobrevivencia. Rev Méd Chile 2013; 141 (3): 291-297.

13. Aguilera MC, Romano E, Ramos N, Rojas L. Sensibilidad del Streptococcus mutans a tres enjuagues bucales comerciales (Estudio in vitro). ODOUS CIENTIFICA 2011; 12 (1): 7-13.

14. Saavedra F, López B, Yrei V, Gallardo T, Ale N, Gordillo G. Actividad antibacteriana y fungicida de las antraquinonas de Aloe vera L. combinadas con cationes cobre, hierro, plata y bismuto. Cien Invest 2012; 15 (1): 30-35.

15. Thomson P, Anticevic S, Rodríguez H, Silva S. Actividad antifúngica y perfil de seguridad del producto natural derivado del aceite de maravilla ozonizado (AMO3) en dermatofitos. Rev Chil Infect 2011; 28 (6): 512-519.

16. Quaranta D, Krans T, Espirito Santo C, Elowsky CG, Domaille DW, Chang CJ y col. Mechanisms of contact-mediated killing of yeast cells on dry metallic copper surfaces. Appl Environ Microbiol 2011; 77: 416-426.

17. Noyce J, Michels H, Keevil C. Potential use of copper surfaces to reduce survival of epidemic methicillin-resistant Staphylococcus aureus in the healthcare environment. J Hosp Infect 2006; 63: 289-297.

18. Mehtar S, Wiid I, Todorov S. The antimicrobial activity of copper and copper alloys against nosocomial pathogens and Mycobacterium tuberculosis isolated from healthcare facilities in the Western Cape: an in-vitro study. J Hosp Infect 2008; 68: 45-51.

19. EPA registers copper-containing alloy products. http://www.epa.gov/pesticides/factsheets/ copper-alloy-products.htm. (acceso 20 Enero 2016).

20. Prado V, Durán C, Crestto M, Gutiérrez A, Sapiain P, Flores G y col. Effectiveness of copper contact surfaces in reducing the microbial burden (MB) in the intensive care unit (ICU) of Hospital del Cobre, Calama, Chile. 2010. http://www. ndthatpdf.com/search- 7918642-hPDF/download-documents-i c- poster-calama-results.pdf.htm.diciembre 2012. (acceso 20 enero 2016).

21. Kappes T, Domínguez M, Bello H, Mella S, Riedel G, González-Rocha G. Actividad de cobre sobre bacilos gramnegativos multi-resistentes aislados en hospitales chilenos. Rev Chil Infectol 2012; 29 (6): 622-627.

22. Grass G, Rensing C, Solioz M. Metallic copper as an antimicrobial surface. App Environ Microbiol 2011; 77: 1541-1547.

Sea el primero en comentar este artículo

Deje su comentario

Su casilla de mail no será publicada.


*