ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ, 2007, том 43, № 6, с. 685-690
УДК [677.072.61]:519.22125
АНТИМИКРОБНАЯ АКТИВНОСТЬ ХИРУРГИЧЕСКИХ НИТЕЙ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПОЛИ-3-ГИДРОКСИБУТИРАТОМ, СО СТРУКТУРОЙ ЯДРО-ОБОЛОЧКА
© 2007 г. М. Б. Фёдоров*, Г. А. Вихорева*, Н. Р. Кильдеева*, О. Н. Мохова*,
Г. А. Бонарцева**, Л. С. Гальбрайх*
*Московский государственный текстильный университет им. АН. Косыгина, Москва, 119071 **Институт биохимии им. АН. Баха РАН, Москва, 119071 e-mail: office@msta.ac.ru Поступила в редакцию 18.10.2006 г.
Для придания хирургическим нитям антимикробной активности на плетеные полиэфирные нити наносили покрытие из поли-3-гидроксибутирата (ПГБ), содержащее антимикробное вещество фуразо-лидон (ФЗ). Показано, что пролонгированный эффект действия ФЗ (7-14 сут) достигается двукратным нанесением покрытия в количестве 10% от массы нити, в состав которого входит 2-6% ФЗ. Показана возможность регулирования структуры покрытия и антимикробной активности нитей введением в него других биосовместимых и биодеградируемых полимеров.
Для придания хирургическим нитям улучшенного комплекса свойств, в частности биосовместимости и антимикробной активности, широко используется метод нанесения модифицирующего покрытия и формирование структуры ядро-оболочка [1-3]. Модифицирующая оболочка на поверхности нитей позволяет регулировать гибкость, трение, надежность узла, придавать комплексным нитям атравматичность, пониженную капиллярность, изменять цвет, вводить в нити лекарственные и антимикробные вещества. В качестве пленкообразующего полимера для формирования оболочки на поверхности нитей определенный интерес представляет использование поли-3-гид-роксибутирата. Этот полимер обладает высоким сродством к живым тканям, способностью к биодеструкции, устойчив при стерилизации, образует прочные пленки из растворов в хлороформе, дихлорэтане, метиленхлориде, в которых растворяется без снижения молекулярной массы [4].
Растворимость ПГБ в легколетучем растворителе хлороформе обусловливает целесообразность применения сухого способа формования пленочной оболочки на поверхности хирургических шовных нитей [5]. Подобный способ модифицирования позволяет получать равномерное покрытие по всей длине нити и образование на поверхности практически сплошного слоя полимера без видимых дефектов.
Цель работы - модифицирование лавсановых и капроновых хирургических нитей нанесением на них комплексной оболочки на основе биосовместимого и биодеградируемого полимера - по-ли-3-гидроксибутирата, содержащей антимик-
робное вещество; исследование влияния состава и морфологии оболочки на выход лекарственного вещества и антимикробную активность нитей.
МЕТОДИКА
В работе использовали плетеные капроновые и лавсановые нити производства "Проектмашде-таль" (Москва) и ПГБ, предоставленный ИНБИ им. А.Н. Баха РАН, с молекулярной массой (ММ) 200 кДа (ПГБ-200), 430 кДа (ПГБ-430) и 960 кДа (ПГБ-960). ММ определяли вискозиметрическим методом, используя термостатированные при 30°С растворы полимера в хлороформе и уравнение [п] = 7.7 X 10-5 X ММ082. Для получения многокомпонентных покрытий с целью регулирования морфологии оболочки, пористости и гидрофоб-ности в раствор ПГБ вносили второй полимер - по-лиэтиленгликоль (ПЭГ) с молекулярной массой 6 кДа ("Пика", Германия) или поликапролактон (ПКЛ) с молекулярной массой 65 кДа ("АЫгюЬ", Германия). В отдельных экспериментах в модифицирующий раствор вносили ПАВ. Для придания антимикробной активности модифицированным нитям в покрытие вводили антимикробное вещество (АМВ) фуразолидон (ФЗ), использованный ранее при получении антимикробных фторлоновых шовных нитей и обладающий широким спектром действия [6]. Покрытие формировали путем нанесения на полиамидные и полиэфирные нити раствора полимера (или смеси полимеров) с последующим испарением хлороформа по методике [5]: исходная нить со скоростью 1.2 м/мин поступает в раствор ПГБ в хлороформе или метиленхлориде (концентрация 1-7%), выходит верти-
500 мкм
-50 мкм
J 2
шв
Рис. 1. Микрофотографии среза и поверхности нитей, модифицированных методом нанесения покрытия из растворов полимеров (ПГБ, ПКЛ, ПЭГ) различного состава. 1,2 - срез и поверхность нити с покрытием на основе полигидрокси-бутирата; нити, модифицированные нанесением покрытия из 4-6 %-ных растворов: 3 - ПГБ-430; 4 - ПГБ-200 ; 5 - из смеси ПГБ-430 с ПЭГ; 6 - из смеси ПГБ-430 с ПКЛ.
кально вверх строго по центру через калиброванное отверстие диаметром 0.7 мм для удаления избытка раствора, сушится в шахте высотой 90 см без обдува или в потоке воздуха с температурой 20-25°С и наматывается на приемную бобину. Структуру и топографию получаемых образцов изучали по микрофотографиям поверхности и срезов нитей, полученных на электронном микроскопе JSM-5300 LV фирмы "Joel" (Япония).
Для оценки кинетики десорбции лекарственного вещества из оболочек нитей в физиологический раствор навеску нити помещали в колбы с физиологическим раствором. Колбы с образцами выдерживали в термошкафу при 36.6°С в течение 340 ч, при этом каждые 24 ч определяли концентрацию фуразолидона по изменению оптической плотности раствора при помощи предварительно построенного градуировочного графика. Измерение оптической плотности проводили на фотоколориметре марки КФК-2-УХЛ 42 (Россия) при длине волны X 364 нм. Длина кюветы для раствора сравнения (физиологический раствор) и рабочего раствора равны 5.055 и 5.057 мм соответственно. Данные представляли в виде доли десорбированно-го ФЗ от количества введенного в нить (R1, %) и содержащегося в 1 см нити (R2, мкг/см) и времени максимального выхода (тмакс). Антимикробную активность определяли с использованием инфициро-
ванного агара в отношении культуры Staphylococcus aureus при микробной нагрузке 106 кл./мл.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Строение нитей. Важной характеристикой хирургических нитей является пористость покрытия, зависящая от его состава, молекулярной массы ПГБ, скорости испарения растворителя. Увеличение пористости должно приводить к повышению капиллярности, но одновременно обеспечивать диффузию лекарственных веществ из нити в окружающую среду, увеличивая ее антимикробную активностью. В связи с этим оценка и регулирование пористости покрытия является важной задачей при разработке способа модифицирования хирургических нитей. Пористость получаемой испарением растворителя полимерной пленки можно регулировать изменением скорости этого процесса, молекулярной массы полимера и введением добавки в формовочный раствор ПГБ в хлороформе, способствующие протеканию фазового распада системы. На рис. 1 приведены микрофотографии среза 1 и поверхности нитей, модифицированных нанесением покрытия 2 из 4-6%-ных растворов ПГБ-430 (3), ПГБ-200 (4), смеси ПГБ-430 с ПЭГ (5) и смеси ПГБ-430 с ПКЛ (6). Как видно, пористое покрытие формируется при использовании относительно низкомолекулярного
АНТИМИКРОБНАЯ АКТИВНОСТЬ ХИРУРГИЧЕСКИХ НИТЕЙ
687
ПГБ-200 (рис. 1, 3) или смесей высокомолекулярного ПГБ-430 с другими низкомолекулярными полимерами (рис. 1, 4, 5). Поры существенно различаются по размерам, при этом наиболее мелкие поры (1-3 мкм) образуются в покрытии из смеси ПГБ-430 с небольшим количеством ПЭГ, а наиболее крупные (до 8 мкм) - в покрытии из смеси ПГБ с ПКЛ в отношении 1 : 1. Характер возникающей пористой структуры объясняется особенностями протекания процессов фазового разделения при испарении растворителя из растворов разного состава полимеров различной молекулярной массы. Таким образом, варьированием молекулярной массой ПГБ, а также смешиванием его с другими полимерами можно направленно изменять морфологическую структуру пленочного покрытия на нитях и, очевидно, косвенно регулировать их капиллярность, скорость выхода (релиз) лекарственных веществ, антимикробную активность.
Выделение антимикробного вещества. Принятый нами способ модифицирования поверхности хирургических нитей полимерной пленкой, в структуру которой включено биологически активное вещество (БАВ), позволяет концентрировать его на поверхности нити, что обеспечивает обеззараживание околошовной области и эффект пролонгирования высвобождения БАВ в окружающую среду.
Для придания шовным нитям антимикробных свойств в качестве биологически активного вещества использовали фуразолидон [К-(5-нитро-2-фурфурилиден)-3-аминооксазолидон-2]:
хл
о2м о
о
R1,% 80
70 60 50 40 30 20 10
14
сут
Фуразолидон эффективен в отношении грам-положительных и грамотрицательных микроорганизмов, лямблий, возбудителей дизентерии, брюшного тифа, обладает противотрихомонадной активностью. Терапевтическая доза при введении внутрь равняется 0.4-0.6 г/сут. Следует упомянуть, что для заживления раны в среднем требуется 714 сут пребывания шовного материала внутри раны. Антимикробный препарат должен действовать в течение всего этого времени.
Поскольку антимикробная активность (АА) нитей зависит от количества высвободившегося из них ФЗ и длительности процесса, в работе была исследована зависимость скорости и количества высвобождающегося из оболочки фуразоли-дона от состава и содержания в нитях модифицирующего покрытия.
Согласно полученным данным, количество де-сорбированного фуразолидона Я1 возрастает с увеличением времени пребывания нити в модельной среде (рис. 2, 1-4) и содержания ФЗ в покры-
Рис. 2. Зависимость количества десорбированного ФЗ (Я1,%) из модифицированных шовных нитей с оболочкой из чистого ПГБ от продолжительности экспозиции в физиологическом растворе. Время хранения модифицированных шовных нитей 4-6 сут после их получения. 1 - С-9.5%, ФЗ-20%; 2 - С-10.9%, ФЗ-6.3%; 3 - С-1.1%, ФЗ-47.4; 4 - С-23.0%, ФЗ-20.0%. С - доля оболочки, % от массы нити. ФЗ -содержание ФЗ в оболочке, мас. %
тии (1-3). Наиболее быстро количество десорбированного ФЗ растет в течение первых 1-3 сут на стадии быстрого выхода ударной дозы антимикробного вещества (АМВ). При этом эффект пролонгирования выхода ФЗ наблюдается как у нити, содержащей 23.0 % покрытия и 20.0% ФЗ в оболочке (4), так и у нити с меньшим содержанием покрытия (10.9 %) и значительно меньшим содержанием ФЗ в оболочке (6.3 %) (
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.