Антимікробна дія композита на основі наносрібла та мінерального комплексу «‎Nano Kremnevit»‎ на збудників хірургічних інфекцій (Наукове дослідження)

ДУ «Інститут громадського здоров’я імені О. М. Марзєєва НАМН України», Київ

Г. І. Корчак, О. В. Сурмашева, Л. І. Романенко, Н. О. Ніконова, А. К. Горваль

АНТИМІКРОБНА ДІЯ КОМПОЗИТА НА ОСНОВІ НАНОСРІБЛА ТА МІНЕРАЛУ (KREMNEVIT) НА ЗБУДНИКІВ ХІРУРГІЧНИХ ІНФЕКЦІЙ

Ключові слова: наночастинки срібла, каолін (біла глина), «Кремневіт», «NanoKremnevit», антимікробна дія, фізичні властивості.

Мета роботи — вивчити антимікробну активність композита, створеного на основі наносрібла та мінералу, щодо збудників хірургічних інфекцій та його відповідність вимогам до застосування в медицині.

Матеріали і методи. Досліджували композит на основі препарату каоліну «Nano Kremnevit» і наночастинок срібла (НЧ Ag). Розмір і форму НЧ Ag та частинок каоліну визначали на трансмісійному електронному мікроскопі, стабільність водних суспензій композита — на спектрометрі Zeta Sizer-3, концентрацію срібла — методом атомно-емісійної спектроскопії. Антимікробну активність визначали щодо E. coli, P. аeruginosa, S. aureus і C. аlbicans. Імітацію органічного забруднення проводили 0,3 % бичачим сироватковим альбуміном. Час спостереження: 2, 4, 6, 24, 48 год та 7 діб.

Результати та обговорення. Розмір наночастинок «NanoKremnevit» — від 60 до 140 нм, що дозволяє віднести препарат до природного нанооб’єкта. Електронно-мікроскопічне зображення НЧ Ag, адсорбованих на частинках «NanoKremnevit», — сферичної форми та розмірами від 14 до 61 нм. Бактерицидна концентрація НЧ Ag для E. coli становила 0,07 мкг/мл, для P. аeruginosa — 0,07 мкг/мл, для C. аlbicans — 0,017 мкг/мл, для S. аureus — 0,27 мкг/мл. Білкове навантаження призводило до підвищення мінімальної діючої концентрації препарату від 2 до 10 разів.

У зв’язку зі стрімким ростом антибіотикорезистентності мікроорганізмів значно почастішали випадки інфекції хірургічних ран, слизових оболонок та шкіри. Так, за міжнародними даними, частота інфікування ран лише у хворих хірургічно- го профілю у зарубіжних клініках становить у середньому 10—12 на 100 операцій і не може бути нижче ніж 4—5 випадків на таку саму кількість операцій. Тому пошук нових ефективних засобів з антимікробною дією, зокрема у сфері нанобіотех- нологій, — це один із найважливіших напрямів у сучасній медицині. Досягнення останніх десяти- літь у галузі нанобіотехнологій дали змогу отримати чисті наночастинки (НЧ) багатьох металів [6]. У медицині найбільш поширено вивчення дії НЧ срібла (НЧ Ag), що пояснюється їх високою анти- мікробною активністю та значним уповільненням утворення стійкості мікроорганізмів до срібла [12].

Актуальним є створення модифікацій НЧ з різними сполуками, які ідентифікують як композити. При створенні композитів НЧ Ag посідають одне з провідних місць. З часом до складу нано- композитів стали залучати дедалі більше різновидів сполук, найбільш перспективні з нихмінерали [7, 17, 18].

Бактерицидна дія наносрібла в мінеральному композиті сприяє швидкому подоланню інфекцій- ного процесу. Водночас сорбційні якості мінералів (каолін, цеоліт, монтморилоніт тощо) забезпечують видалення токсичних продуктів деградації тканин, мікробних клітин, ексудатів. Обмінні властивості мінералів сприяють оптимізації йонного складу міжклітинної рідини в рані, постачанню мікро- та макроелементів. Це пришвидшує заживлення рани і свідчить про перевагу композитів з мінера- лами [1]. 

Висновки

1. Композит на основі препарату "Кремневіт" (NanoKremnevit) з наночастинками Ag сферичної форми та розміром 10-60 нм, отриманих за електроннопроменевою технологією, має високу антимікробну активність: концентрація 0,27 мкг/г за наночастинками Ag знищувала 5,5 lg E. coli за 24 години контакту, що у 10 разів вище, ніж дія іонного срібла за тих саме умов.

2. Виявлення у надосадовій рідині 0,001% суспензії композиту наночастинок глини з адсорбованими наночастинками Ag за 50 діб зберігання на рівні (0,054 ± 0,011) мкг/г свідчить про активну взаємодію компонентів та наявність стабільної структури, що не потребує додаткової стабілізації і володіє антимікробною активністю.

3. Висока антимікробна дія композиту "Кремневіт" (NanoKremnevit) з НЧ Ag, стабільність отриманої структури, лікувальні властивості самого каоліну дозволяють рекомендувати подальше вивчення властивостей композиту з метою створення профілактичних та лікувальних засобів для зовнішнього та внутрішнього застосування у медицині, біології та різних галузях промисловості.

Тож висока антимікробна активність композита з НЧ Ag, стабільність отриманої структури, лікувальні властивості "Кремневіт" (NanoKremnevit) і срібла дають підставу рекомендувати подальше вивчення властивостей композита для створення профілактичних і лікувальних засобів для зовнішнього та внутрішнього застосування в медицині, біології та різних галузях промисловості.

Література:

1. Блакитко Е. М., Бугайченко Н. В., Шорина Г. Н., Ильина В. Н. Микробиологическая характеристика раневого инфекционно- го процесса при использовании ионообменных сорбентов // Хирургия. — 2003. — № 11. — С. 33—36.
2. Бородин Ю. И., Рачковская Л. Н. Энтеросорбенты для медици- ны // Новые химические системы и процессы в медицине: Матер. научно-практ. конф. (21—22 декабря 2001 г., Новоси- бирск). — Новосибирск : СибУПК, 2002. — С. 158—165.
3. Копенкин С. С. Фторхинолоны и предоперационная антибак- териальная профилактика в травматологии и ортопедии // Инфекции и антимикробная терапия. — 2007. —  № 2. — С. 9—13.
4. Корчак Г. І. Властивості природного нанооб’єкту — каоліну // Довкілля та здоров’я. — 2014. — № 4. — С. 45—48.
5. Корчак Г. І., Сурмашева О. В., Романенко Л. І. та ін. Адсорбцій- на активність каоліну (Мікробіологічні дослідження) // Довкіл- ля та здоров’я. — 2014. — № 4. — С. 37—41.
6. Масычева В. И., Даниленко Е. И., Белкина А. О. и др. Нанома- териалы. Регуляторные вопросы // Ремедиум. — 2008. — № 9. — С. 12—163.
7. Мацумура Й. Анализ механизма противомикробного действия неорганических бактерицидов из серебра на носителях // Gien. — 1999. — Вып. 101. — С. 34—38.
8. Мовчан Б. А., Ковинский И. С. Наноструктурные покрытия серебра и меди на порошках неорганических и органических веществ, осаждаемых из паровой фазы в вакууме // Физико- химические проблемы современного материаловедения. — В 2 т.— К.: Академпериодика, 2013. — Т. 2. — С. 127
9. Ревин А. А., Баранова Е. К., Мулюкин А. Л., Cорокин В. В. Некоторые особенности воздействия кластерного серебра на дрожжевые клетки Candida utilis [Электронный ресурс] Электронный научный журнал «Исследовано в России». — Режим доступа: http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2005/139.pdf.
10. Сердюк А. М., Михиенкова А. И., Сурмашева Е. В., Корчак Г. И. Антимикробная активность наночастиц серебра в стабилизиро- ванных растворах и в композиционной системе на основе высо- кодисперсного кремнезема // Профілактична медицина. — 2009. — № 4. — С. 12—16.
11. Сурмашева О. В., Романенко Л. І., Корчак Г. І. та ін. Антимі- кробна активність композиту на основі каоліну та наночасток срібла // Довкілля та здоров’я. — 2015. — № 4. — С. 13—17.
12. Щербаков О. Б., Корчак Г. І., Скороход І. М. та ін. Препарати срібла: вчора, сьогодні і завтра // Фармацевтичний журнал. — 2006. — № 5. — С. 55—67.
13. Chaloupka K., Malam Y., Seifalian A. M. Nanosilver as a new gener- ation of nanoproduct in biomedical applications // Trends Biotec- nol. — 2010. — Vol. 28. — P. 580—588.
14. Fukuoka A., Sakamoto Y., Guan S. et al. Novel templating synthesis of necklace — shaped mono- and bimetallic nanovires in hybrid organic-inorganic mesoporous material // J. Am. Chem. Soc. — 2001. — Vol. 123. — P. 3373—3374.
15. Miura N., Shinohara Y. Cytotoxic effect and apoptosis induction by silver nanoparticles in HeLa cells // Biochem. Biophys Res Com- mum. — 2009. — Vol. 390. — P. 733—737.
16. Pal S., Tak Y. K., Song J. M. Does the antibacterial activity of silver nanoparticles depend on the shape of the nanoparticles? A study of the Gramnegative bacterium Escherichia coli // Appl. Environ. Microbiol. — 2007. — Vol. 73. — P. 1712—1720.
17. Patakfalvi R., Oszko A., Dekany I. Synthesis and characterization of silver nanoparticle/kaolinite composites // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. — 2003. — Vol. 220, N 1—3. — P. 45—54.
18. Shameli K., Ahmad M. B., Wan Z. et al. Synthesis and characteriza- tion of silver /talc nanocomposites using the chemical reduction method // Int. J. Nanomedicine. — 2010. — Vol. 5 (5). — P. 743—745.

З повним текстом дослідження можна ознайомитись у додатку.