ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 2, с. 297-299
УДК 615.076
ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ СТРОЕНИЕМ И АНТИМИКРОБНОЙ АКТИВНОСТЬЮ НАНОКОМПОЗИТОВ СЕРЕБРА
© 2015 г. Т. В. Фадеева1, И. А. Шурыгина13, Б. Г. Сухов2, M. K. Rai4, М. Г. Шурыгин1, В. А. Уманец1, М. В. Лесничая2, Т. В. Конькова2, Д. М. Шурыгин1
E-mail: shurygina@rambler.ru
Проведено изучение взаимосвязи между строением нанокомпозитов серебра на сульфатирован-ном арабиногалактане c содержанием серебра от 5.3 до 9.2% и их антимикробной активностью. Установлено, что антимикробная активность в большей степени зависела от морфологии композита, чем от содержания серебра в образце. Наибольшей активностью обладал образец с содержанием серебра 5.3%.
DOI: 10.7868/S036767651502009X
3
ВВЕДЕНИЕ
Неослабевающее внимание исследователей всего мира к наночастицам благородных металлов и композитам на их основе обусловлено широким использованием их в биомедицинских технологиях, при этом одно из перспективных направлений — создание высокоэффективных антимикробных препаратов на основе наноча-стиц серебра, стабилизированных различными полимерами [1].
Существенное значение при формировании серебросодержащих нанокомпозитов имеют природа и наностабилизирующая эффективность матрицы, в качестве которой интенсивно используют природные вещества [2—4].
На сегодняшний день изучение наноматериа-лов, обладающих бактерицидными, фунгицид-ными свойствами, имеет большое значение в связи с ростом резистентности бактерий и грибов к большинству антимикробных и антимикотиче-ских препаратов [1, 5]. В настоящее время возможно создание различных наноматериалов с большим разнообразием размеров, форм, состава и строения наночастиц и их агрегатов, а также с разнообразными наностабилизирующими полимерными матрицами. Кроме того, большая вари-
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научный центр реконструктивной и восстановительной хирургии" Сибирского отделения Российской академии медицинских наук, Иркутск.
2 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Иркутский Институт химии имени А.Е. Фаворского Сибирского отделения Российской академии наук.
3 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Иркутский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук.
4 Sant Gadge Baba Amravati University, India.
абельность свойств наноматериалов связана с характером распределения наночастиц металлов в полимерной матрице и особенностями взаимодействия полимера с наночастицами [6, 7]. Все эти особенности могут оказывать свое влияние на эффекты взаимодействия с прокариотическими клетками.
В связи с этим нами проведено изучение взаимосвязи между строением нанокомпозитов серебра и их антимикробной активностью. Исследование этой проблемы имеет существенное теоретическое и большое практическое значение, так как это позволит создать высокоактивные антимикробные наноматериалы с низким содержанием серебра, снизить дозировку и тем самым уменьшить возможные побочные действия.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Синтез нанокомпозитов серебра
Нанокомпозиты серебра на сульфатирован-ном арабиногалактане синтезировали согласно методикам, кратко описанным в [8]. Синтез на-нокомпозитов осуществляли на основе окислительно-восстановительной реакции гидроксида серебра и полисахарида в водной щелочной среде, при этом окислителем являлся Ag+, а сульфа-тированный арабиногалактан выступал в качестве восстанавливающего агента [9—11]. Содержание серебра в изучаемых композитах составило от 5.3 до 9.2%. Строение и свойства нанокомпози-тов изучены с помощью электронной трансмиссионной микроскопии (Phillips TEM-410), УФ-спек-троскопии (Shimadzu 1800). Всего исследовано четыре образца.
298 ФАДЕЕВА и др.
Таблица 1. Антимикробная активность нанокомпозита серебра на основе сульфатированного арабиногалактана (образец № 4, содержание серебра 8.1%)
Вид микроорганизма Минимальная ингибирующая концентрация, мкг/мл Минимальная бактерицидная концентрация, мкг/мл
E. coli ATCC 25922 2.5 3
P. aeruginosa ATCC 27853 3 20
E. coli госп. штамм 3 5
E. coli ESBL1224 10 20
P. aeruginosa госп. штамм 10 20
P. mirabilis госп. штамм 20 100
£ aureus ATCC 29213 20 20
£ aureus MRSA34R 30 50
Определение антимикробной активности
Изучение антимикробного действия наноко-мозитов серебра на сульфатированном арабинога-лактане с целью определения минимальной бакте-риостатической (МИК) и минимальной бактерицидной концентрации (МБК) проводили методом серийных разведений в жидкой среде (бактерии — мясопептонный бульон, грибы — бульон Сабуро) [12]. В качестве тест-штаммов были использованы эталонные культуры микроорганизмов, рекомендованные государственной фармакопеей XII пересмотра для определения антимикробного действия препаратов, а также свежевыделенные клинические тест-штаммы грамположительных и грамот-рицательных микроорганизмов и грибы. Антибактериальную активность тестировали в отношении E. œli АТСС 25922, E. coli ESBL1224, P aeruginosa ATCC 27853, £ aureus ATCC 29213, £ aureus MRSA34R, F. oxysporum, а также госпитальных штаммов E. coli, P. aeruginosa, P. mirabilis. Используемые тест-штаммы были типичными по культу-рально-морфологическим и биохимическим свойствам. Антимикробную активность исследовали при разведениях нанокомпозитов в пределах 0.15— 500 мкг/мл при конечных концентрациях исследуемого микроорганизма 5 х 105 КОЕ/мл. Контролем служили пробирки без внесения нанокомпозита.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Для синтезированных нанокомпозитов серебра на сульфатированном арабиногалактане с применением современных методов (электронной трансмиссионной микроскопии, УФ-спектро-скопии) доказана структурная принадлежность к нанокомпозитам и изучены основные физико-химические свойства. Образец № 1 содержал 9.2% серебра, № 2 - 5.3%, № 3 - 6.3%, № 4 - 8.1% серебра.
Методом УФ-спектроскопии установлено, что плазмонные пики наночастиц серебра у образца № 1 обнаружены в области 422 нм, у образца № 2 — 431 нм, № 3 - 417 нм, № 4 - 411 нм.
По данным трансмиссионной электронной микроскопии, образцы № 1 и 4 были представлены наночастицами серебра преимущественно округлой формы, заключенными по 1-4 частицы в полимерную матрицу. В образце № 3 округлые наночастицы серебра были включены в единую оболочку из полимера по 50-200 частиц в одной оболочке. Образец № 2 был наиболее полиморфным по своей структуре. Наряду с округлыми на-ночастицами обнаружены частицы треугольной, трапециевидной формы, а также в виде неправильных многоугольников. Причем каждая нано-частица была заключена в отдельную полимерную матрицу.
В первой серии опытов антибактериальная активность образца № 4 тестировалась в отношении E. œli АТСС 25922, E. coli ESBL1224, P. aeruginosa ATCC 27853, £ aureus ATCC 29213, S. aureus MRSA34R, а также госпитальных штаммов E. coli, P. aeruginosa, P. mirabilis.
Согласно полученным результатам, бакте-риостатическая концентрация нанокомпозита серебра на сульфатированном арабиногалактане варьирует в интервале от 2.5 до 30 мкг/мл, бактерицидная - от 3 до 100 мкг/мл (табл. 1).
Следующим этапом исследования было изучение антимикробной активности нанокомпозитов при различном содержании серебра в изучаемых образцах. Поскольку активность наночастиц серебра проявлялась в большей степени в отношении грамотрицательных микроорганизмов, в качестве тест-микроба для дальнейших исследований выбрана культура грамотрицательного микроорганизма E. coli ATCC 25922. Параллельно проводили изучение активности нанокомпозитов в отноше-
ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ СТРОЕНИЕМ И АНТИМИКРОБНОЙ АКТИВНОСТЬЮ 299
Таблица 2. Сравнительная оценка антимикробной и антимикотической активности нанокомпозитов серебра на основе сульфатированного арабиногалактана
Образец Содержание серебра, % Активность в отношении E. coli ATCC 25922 Минимальная ингибирую- щая концентрация в отношении F. oxysporum, мкг/мл
минимальная ингибиру-ющая концентрация, мкг/мл минимальная бактерицидная концентрация, мкг/мл
1 9. 5 5 80
2 5.3 0.15 0.15 10
3 6.3 0.6 0.6 70
4 8.1 2.5 3 30
нии плесневых грибов рода Fusarium (исследование проведено на базе Department of Biotechnology SGB Amravati University, Amravati, Maharashtra, India) (табл. 2).
Изучение бактерицидного действия наноча-стиц серебра показало, что прямая связь между концентрацией серебра в наноматериале и выраженностью антибактериального эффекта отсутствует. Так, наиболее высокую бактерицидную эффективность продемонстрировал образец с наиболее низкой концентрацией серебра (5.3%).
Как и в случае с бактериями, антимикотическая активность в отношении плесневых грибов в большей степени зависела от особенностей морфологии композита, нежели от содержания серебра в образце. Как и в случае с бактериями, наибольшей активностью обладал образец с содержанием серебра 5.3%.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследованные композиты с наночастицами серебра обладают наиболее широким спектром бактерицидной активности при минимальных количествах включенного серебра, что отвечает требованиям безопасности, предъявляемым к медицинским изделиям. Установлено, что антимикробная активность в большей степени зависела от морфологии композита, чем от содержания серебра в образце. Данные исследования могут быть положены в основу создания новых безопасных и эффективных медицинских и ветеринарных препаратов, а также позволят удешевить препараты на основе серебра и сделать их доступными для лече-
ния многих инфекционных заболеваний, в том числе в хирургической практике.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Marambio-Jones C., HoekE.M.V. // J. Nanopart. Res., 2012. V. 12. P. 153.
2. ЛесничаяМ.В., Александрова Г.П., ФеоктистоваЛ.П., Сапожников А.Н., Фадеева Т.В., Сухов Б.Г., Трофимов Б.А. // Изв. АН. Сер. хим. 2010. Т. 12. С. 2266.
3. Barud H.S., Regiani T., Marques R.F.C. et al. // J. Na-nomater. 2011. V. 2011. P. 1.
4. Darroudi M., Ahmad M.B., Abdullah A.H., Ibrahim N.A. // Int. J. Nanomedicine. 2011. V. 6. P. 569.
5. Фадеева Т.В., Верещагина С.А., Филатова Л.С., Садах М.В., Григорьев Е.Г. // Инфекции в хирургии, 2012. Т. 10. № 4. С. 14.
6. KvítekL., PanásekA., Soukupová J., KolárM., Vecero-vá R., P
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.