So sánh hiệu quả diệt khuẩn E.coli của nano oxit đồng, nano bạc và nano Ag-chitosan
Nhiễm Escherichia coli được coi là một trong những bệnh đa hệ thống quan trọng nhất về kinh tế ở các trang trại chăn nuôi gia cầm. Một số hạt nano như nano bạc, nano chitosan và nano oxit đồng được biết là có độc tính cao đối với một số vi khuẩn. Tuy nhiên, không có dữ liệu nào liên quan đến thành công của chúng trong việc chống lại sự lây nhiễm vi khuẩn E. coli thực nghiệm in vivo ở gà thịt.
Vì vậy, nghiên cứu này được thiết kế để khảo sát tác dụng diệt khuẩn của liều thấp CuO-NP (5mg / kg thể trọng), Ag-NP (0,5mg / kg thể trọng) và Ch-Ag NP (0,5mg / kg thể trọng) đối với E . coli nhiễm thực nghiệm ở gà thịt. Một trăm gà con được chia thành 5 nhóm như sau: (1) đối chứng; (2) E. coli (4×108 CFU /ml) được thử thách; (3) E. coli + CuO-NP; (4) E. coli + nano bạc ; (5) Các NP của E. coli + Ch-Ag.
Nhóm không được điều trị, ghi nhận mức tăng cân thấp nhất cũng như số lượng vi khuẩn và điểm tổn thương cao nhất trong tất cả các cơ quan được kiểm tra. Hàm lượng bạc trong gan cao nhất được quan sát thấy ở nhóm được xử lý bằng nano bạc so với nhóm được xử lý bằng Ch-Ag. Kết quả của chúng tôi kết luận rằng Ch-AgNPs không chỉ có tác dụng kháng khuẩn tốt nhất mà còn hoạt động như một chất thúc đẩy tăng trưởng ở gà thịt mà không để lại bất kỳ dư lượng nào trong các cơ quan ăn được. Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng Ch-AgNPs trong các trang trại gà thịt thay vì sử dụng thuốc kháng sinh hoặc chế phẩm sinh chúng.
KẾT LUẬN
Từ kết quả của chúng tôi, chúng tôi kết luận rằng Ch-AgNPs có hoạt tính diệt khuẩn mạnh mẽ chống lại vi khuẩn E. coli, không làm giảm sự tăng trọng lượng cơ thể cũng như không để lại dư lượng độc hại trong cơ và các cơ quan ăn được. Ngoài ra, CuO-NP không chỉ làm giảm trọng lượng cơ thể của gia cầm mà còn gây ra những thay đổi bệnh lý sâu rộng ở các cơ quan khác nhau liên quan đến việc tăng mức đồng trong các cơ quan đó. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng các hạt nano chitosan không chỉ có khả năng làm tăng tác dụng kháng khuẩn của nano bạc mà còn có thể làm giảm sự kết hợp sinh học và độc tính của chúng trong các cơ quan khác nhau.
Do đó, chúng tôi đặc biệt khuyến khích sử dụng Ch-Ag NPs như một chất chống vi khuẩn thay thế để điều trị nhiễm trùng mà không có nguy cơ phát triển các chủng vi khuẩn kháng thuốc như với thuốc kháng sinh. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu sâu hơn để thảo luận về cơ chế hoạt động của các hạt nano chitosan và cách nó có thể ngăn chặn sự tích tụ của bạc hoặc các NP khác trong các cơ quan của cơ thể. Hơn nữa, cần có thêm nhiều nghiên cứu để so sánh tác dụng của các hạt nano kim loại và những lớp phủ bằng chitosan để xác nhận khả năng của Ch-NPs trong việc khử độc hoặc cải thiện hiệu quả của nhiều hạt nano kim loại và oxit kim loại.
(Bản quyền thuộc về NanoCMM Technology)
Quý khách hàng có nhu cầu nano bạc nguyên liệu 15000 ppm dùng trong thực phẩm vui lòng liên hệ Hotline 0378.622.740 – 098.435.9664
GIỚI THIỆU
Ngành chăn nuôi gia cầm chủ yếu bị đe dọa bởi nhiều vi sinh vật, chúng làm giảm tốc độ tăng trưởng và gây ra những bất hạnh về tài chính. Trong số này, Escherichia coli có liên quan đến các biểu hiện khác nhau ở gà thịt và được xem như một tác nhân gây bệnh qua đường thực phẩm đáng kể ở người [1].
Sự lây nhiễm E. coli chủ yếu xảy ra ở gà do sử dụng thức ăn bị ô nhiễm, lây nhiễm chéo trong chuồng trại hoặc qua quá trình giết mổ và xử lý [2]. Do đó, điểm nhấn mạnh hơn có lẽ tập trung vào việc giảm thiểu vi khuẩn E. coli và các mầm bệnh khác trong các trang trại chăn nuôi gia cầm để giảm ô nhiễm mầm bệnh trong thịt chế biến sẵn [3].
Để tăng năng suất chăn nuôi, điều quan trọng là phải chẩn đoán, điều trị và phòng bệnh. Hiện nay, chủng ngừa và nhiều loại kháng sinh được sử dụng để chống lại vi sinh vật, nhưng việc sử dụng kháng sinh bất cẩn có thể gây ra những nguy hiểm về sức khỏe cho người tiêu dùng [4].
Vì vậy, thật thú vị khi nghiên cứu các loại hợp chất diệt khuẩn an toàn và thành công hiện đại khác để chống lại các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn ở gia cầm. Gần đây, công nghệ nano đã phát triển như một sự đổi mới đầy hứa hẹn hiện đại để tổng hợp hạt nano ở kích thước nanomet, hiển thị các tác động kháng khuẩn liên quan đến tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao của chúng [5].
Khả năng kháng khuẩn của các hạt nano oxit kim loại và kim loại khác nhau như đồng, titan, kẽm và bạc đã được báo cáo rõ ràng [6]. Các hạt nano bạc được coi là tác nhân kháng khuẩn thành công chống lại một số vi khuẩn như E. coli, Vibrio cholera, Salmonella typhi và Pseudomonas aeruginosa [7, 8].
Nguyên liệu và phương pháp tổng hợp nano oxit đồng, nano bạc và nano bạc-chitosan
Phân lập, xác định và đếm chủng vi khuẩn
- coli phân lập O78 trước đây đã được phân lập từ gà thịt có tỷ lệ tử vong cao, được phân loại huyết thanh và phát hiện độc lực của nó thông qua xét nghiệm gắn đỏ Congo [18]. Loại huyết thanh E. coli O78 được nuôi cấy trong môi trường hiếu khí trong môi trường dinh dưỡng ở 37 ° C trong 24 giờ trước khi sử dụng làm sinh vật mục tiêu. Liều được tính toán để phù hợp với 4 × 108 CFU / Ml của phân lập vi khuẩn.
Điều chế các hạt nano oxit đồng
Các hạt nano oxit đồng được điều chế bằng phương pháp kết tủa hóa học theo phương pháp được mô tả bởi Hassanen và cộng sự, [19].
Điều chế các hạt nano bạc
Dung dịch keo hạt nano bạc (17 ± 5 nm) được chuẩn bị bằng quy trình đồng kết tủa thông qua quá trình khử Bạc nitrat (AgNO3) (99,99%, Aldrich, US) bằng Natri borohydrid (99%, Aldrich, US) trong điều kiện sôi [20]. Nồng độ của bạc trong dung dịch đã chuẩn bị là 10mM.
Điều chế các hạt nano bạc chitosan
Nano bạc -chitosan(Ch-Ag NCs) được điều chế bằng cách khử nitrat bạc bằng chitosan theo phương pháp được mô tả bởi Hassanen và cộng sự, [21]. Nồng độ của bạc trong dung dịch đã chuẩn bị là 10mM.
Đặc điểm của các hạt nano được điều chế
Hình thái và kích thước thực tế của các hạt nano được đánh giá bằng Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao (HR-TEM) hoạt động ở điện áp gia tốc 200 kV (Tecnai G2, FEI, Hà Lan). Kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (DLS) được sử dụng để ước tính sự phân bố kích thước hạt trung bình được đo bằng zeta sizer (Malvern, ZS Nano, UK). Cấu trúc hóa học của các hạt nano chuẩn bị được đánh giá bằng kỹ thuật nhiễu xạ tia X (XRD). Nghiên cứu độc tính cấp để xác định LD50 của các hạt nano đã chọn.
Tổng cộng sáu mươi gà con thương phẩm (Cobb 500) gà con (7 ngày tuổi) được sử dụng để xác định LD50 của Ag-NP, Ch-Ag NP và CuO-NP. Chúng chia thành các nhóm khác nhau theo liều lượng khác nhau của các hạt nano được xử lý. Giá trị LD50 được tính theo Weil, [22] như trong phương trình sau:
Log LD50 = Log Da + d (f + 1).
Log Da = log của mức thấp nhất trong bốn mức liều lượng được sử dụng
d = logarit của yếu tố hình học (R)
f = R- các giá trị trong bảng
Động vật và thiết kế thử nghiệm
Tất cả các quy trình của thí nghiệm được thực hiện theo hướng dẫn của Ủy ban chăm sóc và sử dụng động vật có tổ chức tại Đại học Cairo và được phê duyệt bởi Vet-CU-IACUC (số phê duyệt: 0722019057), Cairo, Ai Cập.
100 gà con hỗn hợp (Cobb 500) một ngày tuổi được lấy từ ElHawamdya- Giza. Những con chim được cư trú trong chuồng trên lớp rơm rạ và được nuôi trong điều kiện vệ sinh tiêu chuẩn trong một tòa nhà có nhiệt độ và độ ẩm được điều chỉnh.
Những con chim được tiếp cận lâu dài với nước uống và nhận được hỗn hợp thức ăn hỗn hợp ad libitum thích hợp cho giai đoạn nuôi theo nhu cầu dinh dưỡng của gà thịt. Gà con được chia ngẫu nhiên thành 5 nhóm, mỗi nhóm 20 con.
Nhóm (1) được giữ như một nhóm đối chứng và được uống nước muối bình thường hàng ngày bằng đường miệng trong 7 ngày (đối chứng âm tính).
Nhóm (2) được thử thách ở ngày tuổi thứ 7 bằng giàn trồng trọt với 4 × 108 CFU / ml / con của nhóm huyết thanh E. coli O78 trong PBS trong 2 ngày liên tiếp theo phương pháp được mô tả bởi Awaad và cộng sự, [23] và không được điều trị;
nhóm (3) được thử thách và điều trị bằng 5mg / kg thể trọng CuO-NP hàng ngày bằng đường miệng trong 7 ngày;
nhóm (4) được thử thách và điều trị bằng 0,5mg / kg thể trọng nano bạc mỗi ngày bằng đường miệng trong 7 ngày;
nhóm (5) được thử thách và điều trị bằng 0,5mg / kg thể trọng Ch-AgNP hàng ngày bằng đường miệng trong 7 ngày.
Liều lượng của các hạt nano khác nhau thu được từ nghiên cứu độc tính cấp tính mà đại diện là 1/20 LD50. Tất cả các con chim được theo dõi và cân hàng tuần trong suốt thời gian thí nghiệm.
Lấy mẫu Khi được 21 ngày tuổi, tất cả gia cầm được đưa vào phòng PM để lấy mẫu máu và nội tạng. Các mẫu máu được thu thập vô trùng từ tĩnh mạch cánh và được sử dụng mới để đếm vi khuẩn. Tất cả các con chim đều bị giết mổ bằng phương pháp khử độc tố mà không sử dụng thuốc mê để lấy gan, lá lách, ruột, thận, tim và bursa của Fabricius. Một số cơ quan này được bảo quản ở -80 cho đến khi được sử dụng để tái phân lập vi khuẩn, trong khi những cơ quan khác được bảo quản trong formalin đệm trung tính 10% để kiểm tra mô bệnh học.
Tái phân lập vi khuẩn
Máu và cơ quan (gan và lá lách) đồng nhất sau đó được pha loãng gấp 10 lần trước khi đổ lên thạch EMB để đếm đĩa. Việc xác định sinh hóa được thực hiện bằng cách sử dụng kit API 20-Etest (bioMérieux Inc., Marcy l’Etoile, Pháp) theo hướng dẫn của nhà sản xuất [24]. Việc xác định huyết thanh của E. coli phân lập được thực hiện bằng kháng huyết thanh E. coli (Denka Seiken, Nhật Bản) theo phương pháp được mô tả bởi Blanco et al. [25].
Kiểm tra mô bệnh học Các mẫu mô cố định bằng formalin được xử lý theo phương pháp thông thường và cắt thành 4mm để thu được các phần mô nhúng parafin được nhuộm bằng H&E để kiểm tra dưới kính hiển vi ánh sáng để kiểm tra mô bệnh học [26].
Phân loại và cho điểm bằng kính hiển vi được thực hiện để ghi lại mức độ tổn thương của các cơ quan được kiểm tra trong các nhóm được điều trị khác nhau. Các tiêu chuẩn phân loại cho các tổn thương thoái hóa, hoại tử và viêm được đánh giá là không có, nhẹ, nhẹ, trung bình và nặng như sau; 0 (mô học bình thường), 1 (<25%), 2 (25: 50%), 3 (50: 75%), 4 (> 75% tổn thương mô) theo phương pháp được mô tả bởi Hassanen và cộng sự, [27] . Trong khi sơ đồ phân loại cho các tổn thương đa ổ được đánh giá theo phương pháp được ghi nhận bởi Hassanen và cộng sự, [28] như sau: (0) không có ổ; (1) <3 foci; (2) 3-6 foci; (3) 7-12 foci; (4)> 12 tiêu điểm.
Hàm lượng hạt nano trong các cơ quan khác nhau
Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (ZEISS, AAS5, và Đức) được sử dụng để đo hàm lượng đồng và bạc trong cơ và một số cơ quan ăn được như tim, gan và mô lá lách đồng nhất [19]. Tóm tắt; axit nitric đậm đặc và 30% H2O2 được thêm vào 0,5g mẫu mô và giữ qua đêm, sau đó được làm nóng trong hệ thống phân hủy vi sóng (ETHOS One; Milestone, Sorisole, Ý) cho đến khi tiêu hóa hoàn toàn và không có màu. Sau đó, các mẫu được để nguội, và các dung dịch còn lại được pha loãng bằng axit nitric 2%.
Phân tích thống kê
Phân tích thống kê được thực hiện bằng phần mềm SPSS phiên bản 16.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA). Giá trị được biểu thị bằng giá trị trung bình ± SEM. So sánh phương tiện giữa một số nhóm được thực hiện bằng phân tích phương sai một chiều (ANOVA) và kiểm định t độc lập được sử dụng để so sánh giữa hai nhóm. Các giá trị được coi là có ý nghĩa thống kê ở P≤ 0,05.
Kết quả so sánh nano oxit đồng, nano bạc và nano bạc-chitosan
Đặc tính của các hạt nano
Hình ảnh HR-TEM cho thấy các CuO-NP hình cầu với kích thước trung bình khoảng 28,9–45,6 nm (Hình. 1A). Ag-NPs cho thấy các hình cầu đồng nhất tốt với kích thước trung bình là 17 ± 5nm
(Hình 1B). Các NC Ch-Ag cho thấy các hạt nano hình cầu với kích thước hạt trung bình 17,5nm được phân bố đồng nhất trong chất nền chitosan
(Hình 1C). Đường cong phân bố kích thước hạt thu được từ các phép đo DLS lần lượt là 37,3, 17,3, 20 nm đối với các NC CuO-NP, Ag-NP và Ch-Ag
(Hình 1D, 1E, 1F). Mẫu XRD của CuO-NP cho thấy các Đỉnh ở 2θ = 32,48 °, 35,54 °, 38,64 °, 48,85 °, 61,52 °, 65,66, 66,34 và 68,02 ° được gán cho (110), (−111), (111), (- 202), (−113), (022), (−311) và (220) của các hạt nano CuO, chỉ ra rằng cấu trúc tinh thể của các hạt nano Cu tổng hợp có cấu trúc wurtzite lục giác (Zincite, JCPDS 04-005-4712)
(Hình . 1G). Mẫu XRD của Ag-NPs cho thấy các đỉnh có cường độ mạnh và hẹp ở các góc 38,14 °, 44,41 °, 64,61 ° và 77,74 ° 2θ tương ứng với các thông số hkl của (111), (200), (220), và (311), tương ứng (Hình 1H).
Hình ảnh nhiễu xạ thu được được so sánh với thư viện ICCD tiêu chuẩn được cài đặt trong phần mềm PDF4, thẻ số: (04-003-5625). Mẫu XRD của các NC Ch-Ag cho thấy đỉnh của chitosan ở giá trị 2θ của đỉnh rộng khoảng 15–35 °. Các đỉnh của bạc được lập chỉ mục theo cấu trúc lập phương tâm mặt, phù hợp tốt với thẻ JCPDS số 04-004-8730.
Ba đỉnh bạc thu được lần lượt thuộc các phản xạ (111), (220) và (311). Kết quả cho thấy các hạt nano được tổng hợp là các hạt nano bạc vì vị trí và cường độ tương đối của tất cả các đỉnh nhiễu xạ của các mẫu đều phù hợp với dạng tinh thể của bạc. Sự hiện diện của chitosan, bạc và sự vắng mặt của các pha tạp chất là hiển nhiên từ hình ảnh XRD (Hình 1I).
Nghiên cứu độc tính cấp tính của các hạt nano điều chế
Tỷ lệ tử vong được ghi nhận trong vòng 24 giờ sau khi uống CuO-NP, Ag-NP và Ch-Ag NP ở các nhóm điều trị khác nhau được ghi lại trong Bảng (1). LD50 đường miệng được tính toán của CuO-NP, nano bạc và Ch-Ag NP ở gà con 7 ngày tuổi (Cobb 500) tương ứng bằng 100, 10, 381 mg / Kg bwt cho mỗi hạt nano. Ảnh hưởng của các biện pháp xử lý khác nhau đến trọng lượng cơ thể và tỷ lệ tử vong của gia cầm. Kết quả tóm tắt trong Hình (2) cho thấy trọng lượng cơ thể trung bình của gà thịt giảm đáng kể trong nhóm không được điều trị thử thách. Có sự gia tăng đáng kể về trọng lượng cơ thể của gà ở nhóm được điều trị bằng Ch-Ag NC so với nhóm đối chứng. Mặt khác, không có sự khác biệt đáng kể về trọng lượng cơ thể trung bình của gia cầm ở nhóm được xử lý bằng hạt nano so với nhóm đối chứng. Tỷ lệ tử vong cao nhất được ghi nhận ở nhóm không được điều trị thử thách (40%), tiếp theo là nhóm được điều trị bằng CuO-NP (20%). Mặt khác, không có tỷ lệ tử vong nào được ghi nhận ở cả nhóm đối chứng và những nhóm được xử lý bằng nano bạc hoặc Ch-Ag NPs.
Tái phân lập vi khuẩn
Số lượng E. coli giảm đáng kể ở các nhóm được điều trị bằng nano bạc hoặc Ch-Ag NP (tương ứng khoảng 80%, 95%) trong máu và các cơ quan khác nhau (gan và lá lách) so với nhóm không được điều trị. Giảm khoảng 50% số lượng E. coli trong máu và các cơ quan thu được từ nhóm được điều trị bằng CuO-NP so với nhóm không được điều trị (Bảng 2).
Hàm lượng hạt nano trong cơ và các cơ quan ăn được Có sự gia tăng đáng kể hàm lượng đồng trong cơ, lá lách và tim ở nhóm được xử lý CuO-NP so với nhóm đối chứng (Bảng 3).
Trong khi đó, sự gia tăng đáng kể hàm lượng bạc trong gan của gia cầm ở nhóm được xử lý nano bạc đã được báo cáo. Mặt khác, không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng bạc trong cơ, lá lách và tim ở các nhóm được điều trị bằng nano bạc hoặc Ch-Ag NP so với nhóm đối chứng (Bảng 4)
Kiểm tra mô bệnh học Hình ảnh hiển vi ở tất cả các cơ quan được kiểm tra thu được từ nhóm âm tính đối chứng cho thấy cấu trúc mô học bình thường. Mặt khác, nhóm thử nghiệm E. coli cho thấy những thay đổi bệnh lý từ nặng đến trung bình ở tất cả các cơ quan được kiểm tra với những cải thiện đáng kể ở tất cả các nhóm được điều trị. Ruột non của nhóm thử thách có biểu hiện viêm ruột cấp tính lan rộng với sự phá hủy các nhung mao ruột (Hình 3A).
Có sự thoái hóa và hoại tử rộng rãi trong biểu mô niêm mạc ruột kết hợp với sự tăng sản đáng kể của tế bào hình cốc (Hình 3B).
Dịch tiết dạng sợi, mảnh vụn tế bào hoại tử và tế bào viêm nhiễm được thu thập và tạo thành màng giả bao phủ niêm mạc ruột. Lớp đệm và lớp dưới niêm mạc thâm nhiễm nghiêm trọng với các tế bào dị dưỡng và tế bào viêm đơn nhân (Hình 3C).
Những cải thiện đáng chú ý đã được ghi nhận ở tất cả các nhóm được xử lý, nhưng hình ảnh hiển vi tốt nhất được quan sát thấy ở các nhóm được điều trị bằng Ch-Ag NPs. Mặt khác, nhóm được điều trị bằng CuO-NP cho thấy sự thoái hóa và hoại tử ở một số biểu mô niêm mạc ruột kết hợp với sự xâm nhập tế bào viêm nhẹ đến trung bình ở lớp đệm và lớp dưới niêm mạc (Hình 3D).
Bất chấp sự tăng sản rộng rãi của các tế bào cốc và các phản ứng viêm nhẹ được quan sát thấy trong các lớp niêm mạc ruột của nhóm được điều trị bằng nano bạc (Hình 3E),
nhóm được điều trị bằng Ch-AgNP cho thấy cấu trúc mô học bình thường (Hình 3F).
Cấu trúc mô học niêm mạc ruột khi sử dụng nano đồng, nano bạc và nano bạc-chitosan
Gan của nhóm thử thách có biểu hiện thoái hóa và hoại tử tế bào gan trên diện rộng. Các vùng hoại tử đông máu đa ổ được phát hiện và thâm nhiễm với các tế bào viêm thay thế nhu mô gan (Hình 4A). Viêm đường mật nhận thấy trong một số trường hợp và đặc trưng bởi phù nề cửa và thâm nhiễm tế bào viêm (Hình 4B). Có sự tăng sản trong biểu mô lót ống mật liên quan đến sự hiện diện của các ống mật mới hình thành. Viêm quanh gan được quan sát thấy ở hầu hết các phần biểu hiện bằng sự mở rộng rộng ra của bao gan bởi dịch tiết dạng sợi và thâm nhiễm tế bào viêm. Các khu vực xuất huyết đa ổ đến tập trung được nhận thấy trong nhu mô gan (Hình 4C). Nhóm được điều trị bằng CuO-NP cho thấy vùng tiêu điểm của hoại tử tế bào gan thâm nhiễm với các tế bào viêm (Hình 4D). Nhóm được điều trị bằng Ag-NPs cho thấy khả năng không bào tế bào chất tế bào gan ở mức trung bình đến lan tỏa (Hình 4E). Những cải thiện đáng chú ý đã được ghi nhận ở nhóm được điều trị bằng Ch-Ag NPs và các phần gan xuất hiện với cấu trúc mô học bình thường (Hình 4F).
Cấu trúc mô học niêm mạc gan khi sử dụng nano đồng, nano bạc và nano bạc-chitosan
Tim của nhóm được thử thách cho thấy viêm màng ngoài tim có xơ vừa phải, đặc trưng bởi tắc nghẽn mạch máu, dày lên trong màng ngoài tim bởi dịch tiết xơ và thâm nhiễm tế bào viêm (Hình 5A).
Cơ tim nhận thấy sự thoái hóa và hoại tử nghiêm trọng liên quan đến xung huyết và thâm nhiễm tế bào viêm. Nhóm được xử lý CuO-NP cho thấy mức độ nhẹ đến trung bình thoái hóa và hoại tử ở cơ tim (Hình 5B).
Mặt khác, các nhóm được điều trị bằng nano bạc (Hình 5C) hoặc Ch-Ag NP (Hình 5D) cho thấy những cải thiện đáng kể và cơ quan xuất hiện với cấu trúc mô học bình thường.
Thận của nhóm được thử nghiệm cho thấy viêm thận-ống kẽ, đặc trưng bởi xung huyết kẽ, xuất huyết, phù nề và thâm nhiễm tế bào viêm (Hình 5E).
Các tế bào biểu mô ống thận bị một số thay đổi thoái hóa và hoại tử với các hạt và giọt hyalin hóa nội bào và nội tủy. Thận của nhóm được điều trị bằng CuO-NP cho thấy sự thoái hóa và hoại tử vừa phải ở biểu mô lót ống thận liên quan đến phản ứng viêm mô kẽ (Hình 5F).
Nhóm được điều trị bằng nano bạc cho thấy một số thay đổi thoái hóa trong biểu mô ống với xuất huyết kẽ (Hình. 5G). Những cải thiện đáng chú ý được quan sát thấy ở nhóm được điều trị bằng Ch-Ag NP (Hình 5H) so với nhóm được điều trị bằng hạt nano khác và thận xuất hiện với cấu trúc mô học bình thường.
Cấu trúc mô học niêm mạc tim, thận khi sử dụng nano đồng, nano bạc và nano bạc-chitosan
Lách của nhóm thử thách cho thấy những thay đổi bệnh lý từ nhẹ đến trung bình được biểu hiện bằng sự suy giảm tế bào lympho ở một số nang lympho (Hình 6A).
Mặt khác, các phần mô lá lách trong các nhóm được xử lý bằng hạt nano cho thấy cấu trúc mô học bình thường (Hình 6B-D).
Bursa of Fabricius của nhóm được thử thách cho thấy sự suy giảm tế bào lympho trên diện rộng ở hầu hết các nang lympho liên quan đến sự dày lên rõ rệt ở vách ngăn giữa nang do phù nề và thâm nhiễm tế bào viêm (Hình 6E).
Nhóm được điều trị bằng CuO-NP cho thấy sự ly giải lympho vừa phải với vách ngăn nang nổi rõ giữa vỏ và tủy (Hình 6F). Mặc dù tình trạng ly giải lympho ở mức độ vừa phải xảy ra ở một số nang lympho của nhóm được điều trị bằng Ag-NP (Hình 6G), chùm thu được từ nhóm được điều trị bằng Ch-Ag NP cho thấy cấu trúc mô học bình thường (Hình 6H).
Cấu trúc mô học niêm mạc bìu, lá lách khi sử dụng nano đồng, nano bạc và nano bạc-chitosan
Điểm tổn thương ở tất cả các cơ quan được kiểm tra của các nhóm được điều trị khác nhau được minh họa trong Hình. (7). Điểm cao nhất nhận thấy ở nhóm được thử thách E. coli, trong khi điểm thấp nhất nhận thấy ở nhóm được xử lý bằng NPs Ch-Ag. Giảm điểm tổn thương được quan sát theo thứ tự tăng dần đối với CuO-NP và nano bạc.
Biểu đồ thanh đại diện cho điểm tổn thương vi thể ở các cơ quan khác nhau của các nhóm được điều trị khác nhau
Thảo luận nano bạc, nano bạc-chitosan
Sự mở rộng của các chủng vi khuẩn có khả năng kháng các loại thuốc kháng sinh khác nhau đã khuyến khích các nhà nghiên cứu cũng như các nhà quản lý doanh nghiệp thực phẩm tìm kiếm các lựa chọn kháng sinh khác.
Công nghệ nano có thể giới thiệu một giải pháp khả thi cho vấn đề này và có nhiều loại hạt nano khác nhau thường được xem như một chuyên gia kháng khuẩn trên phạm vi rộng, đặc biệt là oxit kim loại và hạt nano bạc [29, 30]. Khả năng kháng khuẩn của NPs chưa được hiểu rõ ở gà thịt; do đó, nghiên cứu của chúng tôi được thiết kế để điều tra và so sánh giữa tác dụng kháng khuẩn có thể có của các hạt nano CuO, Ag và Ch-Ag chống lại các bệnh nhiễm khuẩn E. coli thực nghiệm trên gà thịt.
Trong nghiên cứu này, nhóm E. coli thách thức và không được điều trị cho thấy trọng lượng cơ thể giảm nhiều và điều này phù hợp với Rosa và cộng sự, người cho rằng sự giảm trọng lượng tăng lên là do stress oxy hóa do E. coli gây ra [31]. Kết quả này phản ánh trên hình ảnh bệnh lý và tái phân lập vi khuẩn ở các cơ quan khác nhau của nhóm này, cho thấy điểm tổn thương và số lượng vi khuẩn cao nhất ở tất cả các cơ quan được kiểm tra.
Kết quả mô bệnh học của chúng tôi phù hợp với Sawah và cộng sự, những người đã quan sát thấy viêm ruột do tiêu sợi huyết, viêm màng ngoài tim do xơ và viêm màng ngoài tim do xơ ở gà nhiễm E. coli [32]. Một nghiên cứu gần đây khác báo cáo rằng nhiễm khuẩn E.coli dẫn đến sự suy giảm tế bào lympho trong túi và lá lách [33].
Nghiên cứu này cho thấy sự gia tăng hiệu quả diệt khuẩn theo thứ tự tăng dần đối với các NP CuO-NP, nano bạc và Ch-Ag. Mặc dù CuO-NP có tác dụng kháng khuẩn vừa phải đối với sự lây nhiễm E.coli trong thực nghiệm ở gà thịt, nó được coi là độc đối với gà thịt và gây ra những thay đổi bệnh lý ở tất cả các cơ quan được kiểm tra.
Kết quả quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa đã quan sát thấy sự gia tăng hàm lượng đồng trong cơ và các cơ quan ăn được khác, cho thấy rằng các tổn thương vi thể quan sát được ở nhóm được xử lý CuO-NP có liên quan đến bản thân CuO-NP không phải do nhiễm khuẩn E. coli.
Thật vậy, CuO-NP làm giảm khoảng 50% số lượng vi khuẩn trong gan, lá lách và tim so với nhóm không được điều trị. Phát hiện của chúng tôi ở một mức độ nào đó tương tự với Jassani và Raheem, những người phát hiện ra rằng CuO-NP có tác dụng ức chế và chống vi khuẩn mạnh mẽ đáng kể đối với E. coli [34].
Một số nghiên cứu đã điều tra tác dụng kháng khuẩn in vitro của CuO-NP đối với các loại mầm bệnh truyền qua thực phẩm như Staphylococcus aureus, E. coli và Klebsiella viêm phổi [35].
Hoạt tính kháng khuẩn của CuO-NP có thể là do sự suy giảm đột ngột tính toàn vẹn của màng tế bào vi khuẩn cùng với việc giải phóng các loại oxy phản ứng (ROS), góp phần làm suy giảm một số phân tử sinh học ảnh hưởng đến khả năng sống bình thường của tế bào [36, 37].
Thay vì nhóm được điều trị bằng CuO-NP, các nhóm được điều trị NP khác cho thấy sự cải thiện rõ rệt về trọng lượng cơ thể và kết quả tốt nhất được quan sát thấy ở nhóm được điều trị bằng NPs Ch-Ag. Phát hiện của chúng tôi có thể liên quan đến tác dụng sinh học của cả bạc và chitosan đối với vi khuẩn có hại đường ruột, dẫn đến cải thiện sự phát triển khi tăng khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng [38].
Ngoài ra, NP có thể làm tăng khả năng hấp thụ của ruột và sử dụng các khoáng chất cần thiết để cải thiện hiệu suất tăng trưởng bằng cách tăng diện tích bề mặt [39]. Kết quả mô bệnh học của chúng tôi cho thấy sự gia tăng chiều cao của nhung mao ruột và độ sâu của lớp lông tơ ở cả hai nhóm được xử lý nano bạc và Ch-Ag, cho thấy sự hấp thụ khoáng chất và chất dinh dưỡng được cải thiện ở những nhóm như vậy. Tương tự như thuốc kháng sinh, Ag-NPs được dựa trên việc cải thiện sức khỏe của động vật.
Có nghĩa là, Ag-NP cho phép chúng có cơ hội tiêu thụ ít chất bổ sung hơn khi gắng sức trao đổi chất cần thiết để kiểm soát miễn dịch và sử dụng chất bổ sung cho các mục đích sinh lý và lợi ích khác [40].
Hiệu quả kháng khuẩn tốt nhất được nhận thấy ở nhóm được xử lý NP bằng Ch-Ag so với các nhóm được điều trị bằng NP khác, biểu hiện bằng sự giảm rõ rệt cả số lượng vi khuẩn và điểm tổn thương ở tất cả các cơ quan được kiểm tra. Điều này được cho là do khả năng kháng khuẩn mạnh của cả hai hạt nano bạc và chitosan [41, 42].
Tác dụng diệt khuẩn của Ag-NP có thể là do sự cân bằng điện tích bề mặt của màng vi khuẩn trong thời gian ngắn thúc đẩy vi khuẩn chết [43-45]. Hơn nữa, việc tạo ra ROS hạn chế cơ chế bảo vệ chống oxy hóa, dẫn đến tổn thương thêm màng tế bào.
Chitosan là một chất tạo màng sinh học không độc, thu được từ động vật có vỏ và cho thấy hoạt tính kháng khuẩn đáng kinh ngạc [46]. Du và cộng sự. nhận thấy rằng các đặc tính kháng khuẩn của chitosan đã được cải thiện rộng rãi bằng cách cho nó vào với các kim loại khác nhau [47].
Tác dụng diệt khuẩn của các NP phụ thuộc vào các đặc tính hóa lý cụ thể của chúng [48,49]. Thay vì các kháng sinh truyền thống, NP có kích thước đặc biệt <100 nm.
Kích thước nhỏ độc đáo của chúng dẫn đến các đặc tính mới, như tương tác nổi bật hơn với các tế bào do tỷ lệ khối lượng hạt bề mặt lớn hơn và ứng dụng linh hoạt và có thể kiểm soát được [50,51]. Nghiên cứu hiện tại cho thấy sự gia tăng đáng kể hàm lượng bạc trong gan của những con chim ở nhóm được điều trị bằng nano bạc so với những con được điều trị bằng Ch-Ag NP.
Phát hiện của chúng tôi cho thấy rằng sự tích tụ nano bạc trong gan của gà thịt có thể được chuyển sang người tiêu dùng dẫn đến một số tác dụng phụ. Những kết quả này phù hợp với một số nghiên cứu trước đây cho thấy sự gia tăng đáng kể lượng Ag lưu giữ trong gan nhiều hơn ở mô cơ và các cơ quan khác ở gà thịt [52, 53].
Các hạt nano chitosan chứa các nhóm chức năng duy nhất (nhóm amin) tương tác với các ion bạc, ngoài ra, các hạt nano cũng hoạt động như các vị trí đóng nắp để ổn định hạt nano [54]. Hơn nữa, Ch-NP không chỉ hoạt động như chất nền hoặc chất đóng nắp mà còn hoạt động như chất ổn định cho Ag-NP bằng cách tạo thành một mạng lưới trên bề mặt NP cho phép phân bố nano bạc đồng nhất trên bề mặt, không có hiệu ứng kết tụ nhìn thấy được [55].
Điều này, đến lượt nó, xác định tác dụng diệt khuẩn tiềm năng của các NP-Ch-Ag và khả dụng sinh học của chúng bằng cách phủ lên bề mặt bên ngoài của chất mang [56]. Chúng tôi đề xuất rằng việc phủ bạc lõi NP bằng chitosan có thể làm giảm sự kết tụ của các hạt và cải thiện độ hòa tan, sinh khả dụng và độ ổn định của chúng, do đó, nó ngăn ngừa sự tích tụ của bạc trong các cơ quan và tăng sự bài tiết của chúng.
Kết luận
Từ kết quả của chúng tôi, chúng tôi kết luận rằng Ch-Ag NPs có hoạt tính diệt khuẩn mạnh mẽ chống lại vi khuẩn E. coli, không làm giảm sự tăng trọng lượng cơ thể cũng như không để lại dư lượng độc hại trong cơ và các cơ quan ăn được. Ngoài ra, CuO-NP không chỉ làm giảm trọng lượng cơ thể của gia cầm mà còn gây ra những thay đổi bệnh lý sâu rộng ở các cơ quan khác nhau liên quan đến việc tăng mức đồng trong các cơ quan đó. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng các hạt nano chitosan không chỉ có khả năng làm tăng tác dụng kháng khuẩn của Ag-NP mà còn có thể làm giảm sự kết hợp sinh học và độc tính của chúng trong các cơ quan khác nhau.
Do đó, chúng tôi đặc biệt khuyến khích sử dụng Ch-Ag NPs như một chất chống vi khuẩn thay thế để điều trị nhiễm trùng mà không có nguy cơ phát triển các chủng vi khuẩn kháng thuốc như với thuốc kháng sinh. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu sâu hơn để thảo luận về cơ chế hoạt động của các hạt nano chitosan và cách nó có thể ngăn chặn sự tích tụ của bạc hoặc các NP khác trong các cơ quan của cơ thể. Hơn nữa, cần có thêm nhiều nghiên cứu để so sánh tác dụng của các hạt nano kim loại và những lớp phủ bằng chitosan để xác nhận khả năng của Ch-NPs trong việc khử độc hoặc cải thiện hiệu quả của nhiều hạt nano kim loại và oxit kim loại.
Eman I. Hassanen1 ⃰, Eman A. Morsy2, Ahmed M. Hussien3, Khaled Y. Farroh4,
Merhan E. Ali1