Robust antibacterial activity of functionalized carbon nanotube- levofloxacine conjugate based on in vitro and in vivo studies

抗菌活性 体内 碳纳米管 材料科学 药物输送 抗菌剂 氧氟沙星 金黄色葡萄球菌 化学 抗生素 纳米技术 细菌 生物 生物化学 环丙沙星 遗传学 生物技术
作者
Marzieh Hassani,Azar Tahghighi,Mahdi Rohani,Malak Hekmati,Maryam Ahmadian,Hassan Ahmadvand
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:38
标识
DOI:10.1038/s41598-022-14206-w
摘要

A new nano-antibiotic was synthesized from the conjugation of multi-walled carbon nanotubes with levofloxacin (MWCNT-LVX) through covalent grafting of drug with surface-modified carbon nanotubes in order to achieve an effective, safe, fast-acting nano-drug with the minimal side effects. This study is the first report on the evaluation of in vitro cell viability and antibacterial activity of nano-antibiotic along in addition to the in vivo antibacterial activity in a burn wound model. The drug-loading and release profile at different pH levels was determined using an ultraviolet-visible spectrometer. MWCNT-LVX was synthesized by a simple, reproducible and cost-effective method for the first time and characterized using various techniques, such as scanning electron microscope, transmission electron microscopy, and Brunauer-Emmett-Teller analysis, and so forth. The noncytotoxic nano-antibiotic showed more satisfactory in vitro antibacterial activity against Staphylococcus aureus compared to Pseudomona aeruginosa. The novel synthetic nano-drug possessed high loading capacity and pH-sensitive release profile; resultantly, it exhibited very potent bactericidal activity in a mouse S. aureus wound infection model compared to LVX. Based on the results, the antibacterial properties of the drug enhanced after conjugating with surface-modified MWCNTs. The nano-antibiotic has great industrialization potential for the simple route of synthesis, no toxicity, proper drug loading and release, low effective dose, and strong activity against wound infections. In virtue of unique properties, MWCNTs can serve as a controlled release and delivery system for drugs. The easy penetration to biological membranes and barriers can also increase the drug delivery at lower doses compared to the main drug alone, which can lead to the reduction of its side effects. Hence, MWCNTs can be considered a promising nano-carrier of LVX in the treatment of skin infections.

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