Nanosrebro – przyszłość medycyny i recepta na antybiotykooporność?

Wyjątkowe właściwości srebra są wykorzystywane od setek lat. Już w starożytności zauważono przeciwdrobnoustrojowe działanie srebra, kiedy żywność przechowywana właśnie w srebrnych naczyniach nie ulegała zepsuciu. Srebro było także wykorzystywane do zaopatrywania ran, oparzeń czy owrzodzeń skórnych. Co dziś proponuje nam medycyna i farmacja? Gdzie znajdziemy nanosrebro i jakiego działania możemy się spodziewać po jego zastosowaniu?

Aktualizacja: 09’2021

Srebro stosowane jest z powodzeniem jako dość uniwersalny środek leczniczy i odkażający z uwagi na jego właściwości:

1. przeciwbakteryjne,
2. przeciwwirusowe,
3. przeciwgrzybicze,
4. przeciwpierwotniakowe.

Pomimo bardzo dużej popularności srebra w minionych epokach, okrycie antybiotyków spowodowało, że medycyna nieco zapomniała o tym sposobie leczenia. Dziś jednak preparaty ze srebrem przeżywają swój renesans, są bardzo szeroko stosowane. Z kolei technologia nanocząsteczek (AgNPs, ang. silver nanoparticles) otworzyła kolejny rozdział wykorzystania tego cennego surowca. 

Warto zaznaczyć, iż już teraz świat mierzy się z wieloma opornymi szczepami bakterii, które nie reagują na wiele dostępnych antybiotyków. Jednym z proponowanych przez naukowców sposobów rozwiązywania tego problemu jest wykorzystanie właśnie nanocząsteczek srebra. 

Czym są nanocząsteczki srebra?

Nanocząsteczki srebra (AgNPs, nanosrebro), jak sama nazwa wskazuje, są to cząsteczki srebra o średnicy nieprzekraczającej 100 nm. Swoje wyjątkowe właściwości zawdzięczają w dużej mierze bardzo wysokiemu stosunkowi powierzchni (aktywnej powierzchni) do objętości. Dzięki temu preparaty z nanosrebrem charakteryzują się wysoką aktywnością przeciwdrobnoustrojową już przy niskich stężeniach. To właśnie ten parametr (stosunek powierzchni do objętości) warunkuje skuteczność działania nanocząsteczek srebra. 

Nanocząsteczki srebra mogą mieć kształt kulisty, sferyczny, trójkątny i przypominać wyglądem rurki czy płytki.

Samo słowo nanotechnologia zostało po raz pierwszy spopularyzowane przez K. Erica Drexlera w latach 80-tych, jednak odnosiło się ono raczej do skali bardzo małych cząsteczek o szerokości kilku nanometrów, które miały być wykorzystane do budowy silników, ramion robotów, a nawet całego komputera. Nanotechnologia od tamtego czasu niesamowicie się rozwinęła, a wręcz przeszła rewolucję obejmując nie tylko liczne sektory technologii i przemysłu ale także medycynę i farmację. 

Nie sposób nie wspomnieć w tym miejscu o molekule TIAB (titanum-argentum-benzoicum) będącej kompleksem zbudowanym z nanocząsteczek dwutlenku tytanu (które tworzą rdzeń) oraz pokrywającym go chlorkiem benzalkoniowym, mającym zdolność wytwarzania wiązań kowalencyjnych z jonami srebra Ag+. Wiązanie kowalencyjne, polegające na współdzieleniu elektronów, zabezpiecza jony srebra przed redukcją do nieaktywnego srebra metalicznego, utratą jego zdolności mikrobójczych oraz nie dopuszcza do jego kumulacji w tkankach. Taka molekuła jest bardzo stabilna a więc jednocześnie długo użyteczna.

Jak działają nanocząsteczki srebra?

Mechanizm działania nanocząsteczek srebra wciąż nie jest do końca poznany i na całym świecie trwają prace badawcze, w których naukowcy szukają odpowiedzi na pytanie o to jak działają owe AgNPs.

Aktywność przeciwbakteryjna nanosrebra jest zazwyczaj wiązana z dwoma mechanizmami:

1. oddziaływaniem na białka,
2. tworzeniem reaktywnych form tlenu (ROS) i stresem oksydacyjnym.

Co ma srebro do bakterii? 

Związki budujące ścianę komórkową bakterii są bogate w grupy tiolowe – ich oddziaływanie ze srebrem skutkuje wzrostem przepuszczalności, a co za tym idzie zaburzeniem gospodarki komórki bakteryjnej i ostatecznie uszkodzeniem jej materiału genetycznego. Oddziaływanie nanocząsteczek srebra z błonami komórkowymi bakterii prowadzi do powstawania „jamek” czy „dziurek” które zwiększają przepuszczalność błon. Same białka w kontakcie z AgNPs także ulegają unieczynnieniu/zniszczeniu. Oprócz tego, w wyniku oddziaływania srebra na bakterię, produkty jej metabolizmu są gromadzone, a synteza nowych białek staje się niemożliwa. Dodatkowo zniszczone białka nie mogą pełnić dalej swoich funkcji, bakteria nie może „normalnie oddychać” przez co podlega dużemu stresowi oksydacyjnemu. W konsekwencji dochodzi ostatecznie do śmierci bakterii. 

Co bardzo istotne, bakterie do tej pory nie wykształciły mechanizmów walki z nanocząsteczkami srebra.

Nanocząsteczka srebra – pocisk wycelowany w patogen

Inna teoria aktywności przeciwbakteryjnej nosi nazwę „efektu srebrnego pocisku” (Dr Robert Beck’er). Pojedyncza cząstka srebra jest naładowana dodatnio, więc z łatwością przyłącza się do bakterii, na których zgromadzony jest ładunek ujemny. W konsekwencji opłaszczona nanocząsteczkami srebra bakteria umiera.

Pamiętajmy jednak, że to nasz system immunologiczny musi ostatecznie sam rozprawić się z patogenem. Samo srebro koloidalne przede wszystkim zakłóca pozyskiwanie energii przez bakterie – zaczynają one obumierać w ciągu kilku minut, tracąc elektrolity, wysychając i kurcząc się. 

Co ważne, połączenie antybiotyku z AgNPs powoduje, że niektóre, pomimo iż nie reagowały na sam antybiotyk, doskonale są unicestwiane przez kombinację nanosrebra i antybiotyku. Opublikowano bardzo obiecujące wyniki badań laboratoryjnych przy zastosowaniu takiego rozwiązania w leczeniu gruźlicy. 

Czy nanosrebro uderza też w grzyby i wirusy?

Aktywność przeciwgrzybicza nanocząsteczek srebra jest wiązana z zaburzeniem gospodarki wodnej grzyba, która skutkuje niemożliwością jego rozmnażania. AgNPs hamują także wytwarzanie izomerazy triozofosforanowej, której brak zakłóca prawidłowe funkcjonowanie komórki grzyba (np. Candida albicans).

Wirusobójcze działanie nanocząsteczek srebra pozostawia najwięcej pytań. Naukowcy udowadniają działanie przeciwwirusowe AgNPs, jednak wciąż nie wiemy jaki jest konkretny mechanizm tego działania. Opisano chociażby aktywność nanocząsteczek srebra względem wirusa zapalenia wątroby typu B (w badaniach in vitro) czy pewien potencjał względem wirusa HIV. Należy jednak podkreślić, że nie wiemy wciąż jak działają nanocząsteczki srebra na wirusa i nie wiemy jaką aktywność wykazywałyby u osób chorych – testy in vitro niestety nie zawsze przekładają się na aktywność i zastosowanie u ludzi.

Dodatkowym mechanizmem, bardzo często podkreślanym w licznych publikacjach jest działanie wspomagające proces regeneracji uszkodzonych tkanek, gdzie srebro stymuluje tworzenie się nowej tkanki.

Nanocząsteczki srebra w medycynie

Wyjątkowe właściwości nanocząsteczek srebra znalazły zastosowanie w wielu gałęziach medycyny. Znajdziemy je w:

1. preparatach dezynfekujących, 
2. w materiałach opatrunkowych, 
3. w maściach i kremach stosowanych na rany i owrzodzenia, 
4. w ginekologii i proktologii,
5. w materiałach implantacyjnych, chociażby w ortopedii, chirurgii czy stomatologii,
6. w narzędziach i urządzeniach biomedycznych,
7. w diagnostyce laboratoryjnej.

Nanotechnologia jest wykorzystywana zarówno w celu zachowania jak i poprawy zdrowia człowieka. Jest wykorzystywana do tworzenia urządzeń służących diagnostyce i leczeniu, znalazła swoje zastosowanie przy dostarczaniu leków przeciwnowotworowych do określonego miejsca i umożliwia zwiększenie potencjału przeciwdrobnoustrojowego antybiotyków. 

Wykazano, że dodanie AgNps do antybiotyków ma synergistyczne działanie przeciwko mikroorganizmom. Obecnie na rynku dostępnych jest wiele leków i innych produktów medycznych zawierających nanosrebro. Przykłady najpopularniejszych zebrano w tabeli poniżej.

Nanosrebro w leczeniu ran i zmian skórnych

Pierwszym i najpowszechniejszym zastosowaniem preparatów z AgNPs są opatrunki, maści, żele i inne preparaty stosowane miejscowo na rany. Aktywność nanocząsteczek srebra warunkuje nie tylko czystość mikrobiologiczną rany zapobiegając jej nadkażeniu, ale także przyspiesza gojenie i tworzenie się zdrowej tkanki. Według badań naukowych zastosowanie maści/opatrunku z AgNPs znacząco zmniejsza ryzyko utworzenia się brzydkiej blizny sprzyjając oczekiwanemu, szybkiemu gojeniu. 

Nanocząsteczki srebra są wykorzystywane także w opatrunkach i lekach stosowanych miejscowo na zakażone rany. Tego typu preparaty czy wyroby medyczne często są łączone z antybiotykami, co potęguje ich działanie. Ostatecznie daje to synergistyczne działanie umożliwiające szybkie pokonanie zakażenia. 

Także w ciężkich i trudnogojących się ranach nanosrebro okazuje się ratunkiem. Często szpitalne szczepy bakterii są bardzo oporne na dostępne i znane antybiotyki. Połączenie standardowej, celowanej antybiotykoterapii z zastosowaniem nanocząsteczek srebra (w postaci odpowiednio dobranego opatrunku czy maści) daje doskonałe rezultaty. Ponadto nanocząsteczki srebra utrudniają tworzenie biofilmu, co dodatkowo przemawia za ich zastosowaniem szczególnie na rany i zakażenia szpitalne. 

Oczywiście opatrunek ze srebrem bardzo często jest kilka razy droższy od zwykłego opatrunku ochronnego. Jednak w przypadku trudnych ran, owrzodzeń czy oparzeń warto zainwestować. Ostatecznie wypadkowe koszty leczenia z zastosowaniem preparatów ze srebrem mogą okazać się znacznie niższe dając znacznie szybsze i lepsze rezultaty. 

Opatrunki i maści stosowane zewnętrznie z nanocząsteczkami srebra charakteryzują się także znacznie dłuższym działaniem przeciwbakteryjnym i lepszą penetracją w głąb martwiczych tkanek w porównaniu z tradycyjnymi związkami srebra. W  jednym z badań przeprowadzonych w Centrum Leczenia Oparzeń w Siemianowicach Śląskich na grupie pacjentów, którzy ulegli oparzeniu, wykazano ponad 50% redukcję flory bakteryjnej izolowanej z rany, bez względu na etap jej gojenia. Przykładowo, opatrunek Acticoat, przedstawiony w tabeli powyżej jest wykorzystywany nie tylko na rany oparzeniowe czy nadkażowe, ale także do zaopatrywania zmian skórnych w przebiegu Zespołu Stevensa Jonsona.

Nanocząsteczki srebra znajdziemy także w preparatach okulistycznych i laryngologicznych. Bardzo często polecane są preparaty do odkażania/płukania jamy ustnej i gardła (Uniben Silver). Niekiedy znajdziemy je także w preparatach okulistycznych. 

Pamiętajmy, że preparat przeznaczony do płukania jamy ustnej czy gardła nie jest przeznaczony do stosowania doustnego – szczególnie należy zwrócić tu uwagę na ich stosowanie u dzieci, tak by nie połykały płynu przeznaczonego do płukania. 

Jak wspomniano już wcześniej AgNPs doskonale sprawdzają się jako preparaty na różnego rodzaju zmiany skórne, jak chociażby trądzik. Lekarze dermatolodzy polecają tego typu preparaty w walce z trudnymi zmianami skórnymi. Nanocząsteczki srebra znajdziemy w lekach czy wyrobach medycznych przeznaczonych do leczenia opryszczki, w łuszczycy i przy skórze atopowej, w grzybicach skórnych a także łojotoku.

Ponadto nanocząsteczki srebra znajdziemy w wielu kosmetykach czy antyperspirantach. To swego rodzaju konserwant i substancja przeciwbakteryjna w jednym.

Nanocząsteczki srebra w implantologii i medycynie inwazyjnej

Z uwagi na swoje właściwości przeciwdrobnoustrojowe wiele materiałów umieszczanych w organizmie człowieka czy w jamach ciała jest pokrywane lub domieszkowane AgNPs. Tego typu materiały, jak chociażby cewniki czy przewody umieszczane w organizmie człowieka stanowią znacznie mniejsze ryzyko infekcji niż zwykłe, niczym nie zabezpieczane materiały. 

Nanocząsteczki srebra wykorzystywane w implantologii to nie tylko stomatologia czy narzędzia chirurgiczne, ale także w bardzo dużym stopniu biomateriały rekonstrukcyjne jak „sztuczne” kości wykorzystywane w ortopedii czy chirurgii szczękowo-twarzowej. 

Każdy taki materiał mający zastąpić tkankę, niezależnie od miejsca przeznaczenia musi być bezpieczny, a więc biozgodny, charakteryzujący się odpowiednimi właściwościami fizyko-chemicznymi, nie powinien sam powodować stanu zapalnego, być funkcjonalny i dobrze tolerowany przez organizm. 

Często tego typu materiały tworzone są na bazie tytanu, do którego implementowane są właśnie AgNPs. Przykładowo, dostępna na polskim rynku endoproteza tytanowa z AgNPs łatwo integruje się z organizmem, nie daje odczynu zapalnego i nie działa toksycznie na otaczające tkanki. Dodatkowo charakteryzuje się przedłużonym działaniem przeciwbakteryjnym w miejscu wszczepienia endoprotezy, związanym właśnie ze stopniowym uwalnianiem jonów srebra z powierzchni implantu (taki proces może trwać nawet kilka miesięcy). Na podobnej zasadzie produkowane są implanty naczyniowe, cewniki czy materiały kościozasępcze i cementy kostne. 

Oprócz tego wykorzystuje na świecie stosowane są także specjalne gąbki żelatynowe nasączone nanosrebrem, które umieszcza się np. po zabiegu operacyjnym lub w ranie – mają one na celu utrzymanie hemostazy umożliwiając jednocześnie łatwiejsze wytworzenie skrzepu i jego stabilizację.

AgNPs w stomatologii

Powszechnie znanym czynnikiem powodującym problemy stomatologiczne są właśnie bakterie. W związku z tym zastosowanie nanocząsteczek srebra cieszy się bardzo dużym powodzeniem wśród stomatologów. Przykładem może być chociażby płyn Nanocare Plus, zawierający nanokoloidalne srebro i złoto, stosowany do ostatecznego płukania kanałów korzeniowych.

Inne zastosowanie to ochrona zębów. Znane są żelowe formuły, które pozwalają na pokrycie zęba bardzo szczelną warstwą nanocząsteczek, chroniącą przed powstaniem przecieku bakteryjnego. Preparaty tego typu są stosowane także przez założeniem plomb i wypełnień w celu odpowiedniego przygotowania do zabiegu umieszczenia wypełnienia czy implantu. 

AgNPs to także składnik past do zębów! Znajdziemy go chociażby w preparacie Nanover Nano-silver Toothpaste.

Nanocząsteczki srebra jako transportery leków 

Nanocząsteczki srebra mogą być wykorzystywane nie tylko w połączeniu z antybiotykami w celu zwiększenia ich aktywności przeciwbakteryjnej. Różnokształtne nanostruktury srebra to także doskonałe transportery leków. Odpowiednie nanorurki czy nanokulki są wypełnianie lekiem (np. przeciwnowotworowym) i podawane pacjentowi. Ze względu na zmiany stężeń lek z łatwością dyfunduje w organizmie człowieka. Co jednak bardzo istotne, miejsce docelowe nie jest bombardowane lekiem lecz zazwyczaj jest zazwyczaj stopniowo uwalniany.

Srebro koloidalne do picia?

W internecie krążą artykuły dotyczące niezwykłych właściwości immunostymulujące preparatów z nanocząsteczkami srebra. Pamiętajmy, że nie ma w tym momencie opublikowanych żadnych rzetelnych, konkretnych badań naukowych, potwierdzających wspaniałe działanie oczyszczające organizm, aktywujące układ immunologiczny i zabijające tylko „złe bakterie”.

Nanocząsteczki srebra nie myślą i nie celują tylko w niechciane bakterie. Nadmierne stosowanie preparatów ze srebrem koloidalnym wiąże się z ryzykiem gromadzenia jonów srebra m.in. w błonach śluzowych i narządach wewnętrznych. Nanocząsteczki srebra mogą kumulować się w naszym organizmie (podobnie jak aluminium o którym tyle się ostatnio słyszy > „Toksyczny nadmiar aluminium w środowisku”). Długotrwałe stosowanie srebra koloidalnego może także skutkować rozwojem choroby – srebrzyca (argyria).

Warto pamiętać także, że otaczające nas nanocząsteczki srebra (spoza zastosowania medycznego) mogą także negatywnie wpływać na nasze zdrowie. Nanosrebro może wywoływać lekkie podrażnienie oczu i skóry, może także działać jak łagodny alergen na skórę. Niektórzy badacze wskazują na fakt, iż zarażenie na nanocząsteczki srebra może działać neurotoksycznie i wpływać na funkcje poznawcze, wywołując zaburzenia pamięci krótkotrwałej i pamięci roboczej. Tym nie mniej zastosowanie medyczne, zgodne z przeznaczeniem nie powinno budzić niepokoju.

Nanosrebro. Podsumowując …

1. Dostępne bez recepty preparaty ze srebrem stosujemy zewnętrznie! 
2. Stosowanie do płukania gardła czy jamy ustnej to także podanie zewnętrzne!
3. Podanie doodbytnicze czy dopochwowe także traktujemy jako podanie zewnętrzne.
4. Preparaty ze srebrem doskonale sprawdzą się w różnych problemach skórnych. 

Polecamy preparaty z nanosrebrem w:

1. skaleczeniach, otarciach,
2. niekiedy przy higienie stopy cukrzycowej,
3. w oparzeniach, także w oparzeniach słonecznych,
4. na opryszczkę,
5. łuszczycy i przy skórze atopowej,
6. grzybicach skórnych,
7. trądziku, łojotoku, na „pryszcze”,
8. kosmetologii: przed makijażem, przed peelingiem, do regeneracji po zabiegach kosmetycznych (dermabrazji, rollkitcie, depilacji, a nawet jako środek łagodzący po goleniu dla mężczyzn).

Oczywiście, zdążają się wyjątki i lekarz może zaordynować inne podanie preparatu ze srebrem, ale nigdy nie stosuj tego typu leków czy wyrobów medycznych bez konsultacji z lekarzem.

Same preparaty z nanosrebrem mają naprawdę wspaniałe właściwości i warto po nie sięgać – korzystajmy jednak z nich mądrze. Pamiętaj, że jak mawiał Paracelsus „wszystko jest trucizną i nic nie jest trucizną”. Zawsze swoje wybory preparatów ze srebrem i ich zastosowanie warto skonsultować z farmaceuta lub lekarzem.

Bibliografia

1. Ruparelia J, Chatteriee A, Duttagupta S, Mukherji S (2008) Strain specificity in antimicrobial activity of silver and copper nanoparticles. Acta Biomater 4(3): 707-716.
2. Marassi, V., Di Cristo, L., Smith, S. G., Ortelli, S., Blosi, M., Costa, A. L., … & Prina-Mello, A. (2018). Silver nanoparticles as a medical device in healthcare settings: a five-step approach for candidate screening of coating agents. Royal Society open science, 5(1), 171113.
3. Anandaradje, A., Meyappan, V., Kumar, I., & Sakthivel, N. (2020). Microbial Synthesis of Silver Nanoparticles and Their Biological Potential. In Nanoparticles in Medicine (pp. 99-133). Springer, Singapore.
4. Marambio-Jones, C., & Hoek, E. M. (2010). A review of the antibacterial effects of silver nanomaterials and potential implications for human health and the environment. Journal of Nanoparticle Research, 12(5), 1531-1551.
5. Singh, D. K., & Lara, H. H. (2012). Inhibition of cell-associated HIV-1 by silver nanoparticles. Retrovirology, 9(S1), O1.
6. Rai M, Yadav A, Gade A (2009) Silver nanoparticles as a new generation of antimicrobials. Biotechnol Adv 27(1): 76-83.
7. Sun R, Chen R, Chung N, Ho C, Lin C, et al. (2005) Silver nanoparticles fabricated in Hepes buffer exhibit cytoprotective activities toward HIV-1 infected cells. Chem Commun 40: 5059-5061.
8. Yang Z, Liu ZW, Allaker RP, Reip P, Oxford J, (2010) A review of nanoparticle functionality and toxicity on the central nervous system. J R Soc Interface 7(Suppl 4): S411-422.
9. Bos, P. M., Gottardo, S., Scott-Fordsmand, J. J., Van Tongeren, M., Semenzin, E., Fernandes, T. F., … & Landsiedel, R. (2015). The MARINA risk assessment strategy: a flexible strategy for efficient information collection and risk assessment of nanomaterials. International journal of environmental research and public health, 12(12), 15007-15021.
10. Bamrungsap S, Zhao Z, Chen T, Wang L, Li C, et al. (2012) Nanotechnology in therapeutics a focus on Nanoparticles as a Drug Delivery System. Nanomedicine 7(8): 1253-1271.
11. Borczyk, R., Pietranek, K., & Maćkowiak, K. (2009). Wykorzystanie preparatu NanoCare Plus w implantologii. Magazyn Stomat, 19(4), 70-77.
12. Jitendra Prasad, Mathuria (2009) Nanoparticles in tuberculosis diagnosis, treatment and prevention: A hope for the future. Digest Journal Nanomaterials Biostructure 4(2): 309-312.
13. REETZ, A., JUNKA, A., & BARTOSZEWICZ, M. (2016). BIOFILM W ORTOPEDII ORAZ W CHIRURGII SZCZĘKOWOTWARZOWEJ–ZNACZENIE ZJAWISKA I MODYFIKACJE BIOMATERIAŁÓW OGRANICZAJĄCE CZĘSTOŚĆ ZAKAŻEŃ. Plastic Surgery & Burns/Chirurgia Plastyczna i Oparzenia, 4(2).
14. Atiyeh BS, Costagliola M, Hayek SN, Dibo SA (2007) Effect of silver on burn wound infection control and healing: review of the literature. Burns 33(2): 139-148.
15. Hermans MH (2006) Silver containing dressings and the need for evidence. Am J Nurs 106(12): 60-68.
16. Ewald, A., Glückermann, S. K., Thull, R., & Gbureck, U. (2006). Antimicrobial titanium/silver PVD coatings on titanium. Biomedical engineering online, 5(1), 22.
17. Świdwińska-Gajewska, A. M., & Czerczak, S. (2014). Nanosrebro–szkodliwe skutki działania biologicznego. Medycyna Pracy, 65(6), 831-845. 
18. Hardes, J., Ahrens, H., Gebert, C., Streitbuerger, A., Buerger, H., Erren, M., … & Gosheger, G. (2007). Lack of toxicological side-effects in silver-coated megaprostheses in humans. Biomaterials, 28(18), 2869-2875.