Получение композита наноалмаз-лизоцим-мирамистин и перспективы его использования в протезах сердечного клапана

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Создание биосовместимых покрытий для ксеногенных материалов, используемых для изготовления протезов сердечных клапанов, является актуальной и, к сожалению, до сих пор не решенной задачей. Необходимо сделать биоматериал, который будет соответствовать по механическим характеристикам клапану человека, обладать антимикробными свойствами, что критически важно в первые дни после операции. С этой целью можно использовать биосовместимые покрытия, и оказалось, что для их создания подходят детонационные наноалмазы. Функционально развитая поверхность наноалмазов позволяет адсорбировать на них антибиотики, они нетоксичны и не вызывают дополнительного кальциноза. В рамках данной работы предложено получение композиционного покрытия, состоящего из наноалмазов, лизоцима и мирамистина, как антимикробных агентов широкого спектра действия. Использование меченных тритием наноалмазов позволило исследовать распределение комплексов наноалмаз–лизоцим при внутривенном введении мышам, которое показало, что большая часть материала остается в месте инъекции. Показано, что композит наноалмаз–лизоцим–мирамистин проявляет сильную антимикробную активность,в то время как комплекс наноалмаз-мирамистин не проявляет токсичности по отношению к золотистому стафилококку. Таким образом, композит наноалмаз–лизоцим–мирамистин может быть использован для создания покрытий материала протеза сердечного клапана.

Full Text

Restricted Access

About the authors

М. Г. Чернышева

МГУ имени М. В. Ломоносова

Author for correspondence.
Email: chernyshevamg@my.msu.ru

Химический факультет

Russian Federation, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 10

Г. А. Бадун

МГУ имени М. В. Ломоносова

Email: chernyshevamg@my.msu.ru

Химический факультет

Russian Federation, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 10

А. Г. Попов

МГУ имени М. В. Ломоносова

Email: chernyshevamg@my.msu.ru

Химический факультет

Russian Federation, 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 10

И. С. Чащин

ФГБУ НМИЦ ССХ им. А. Н. Бакулева Минздрава России; ИНЭОС РАН

Email: chernyshevamg@my.msu.ru
Russian Federation, 121552, Москва, Рублевское ш., д. 135; 119334 , Москва, ул. Вавилова, д. 28, стр. 1

Н. М. Анучина

ФГБУ НМИЦ ССХ им. А. Н. Бакулева Минздрава России

Email: chernyshevamg@my.msu.ru
Russian Federation, 121552, Москва, Рублевское ш., д. 135

А. В. Панченко

ФГБУ “НМИЦ онкологии им. Н. Н. Петрова” Минздрава России

Email: chernyshevamg@my.msu.ru
Russian Federation, 197758, Санкт-Петербург, пос. Песочный, ул. Ленинградская, д. 68

References

  1. Bloomfield P. Choice of heart valve prosthesis // Heart. 2002. V. 87. № 6. P. 583–589. https://doi.org/10.1136/heart.87.6.583
  2. Shao Z., Tao T., Xu H. et al. Recent progress in biomaterials for heart valve replacement: Structure, function, and biomimetic design // View. 2021. V. 2. № 6. P. 20200142. https://doi.org/10.1002/VIW.20200142
  3. Ekser B., Cooper D.K.C., Tector A.J. The need for xenotransplantation as a source of organs and cells for clinical transplantation // International Journal of Surgery. 2015. V. 23. P. 199–204. https://doi.org/10.1016/j.ijsu.2015.06.066
  4. Findeisen K., Morticelli L., Goecke T. et al. Toward acellular xenogeneic heart valve prostheses: Histological and biomechanical characterization of decellularized and enzymatically deglycosylated porcine pulmonary heart valve matrices // Xenotransplantation. 2020. V. 27. № 5. P. e12617. https://doi.org/10.1111/xen.12617
  5. Zilla P., Brink J., Human P. et al. Prosthetic heart valves: Catering for the few // Biomaterials. 2008. V. 29. № 4. P. 385–406. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2007.09.033
  6. Чернышева М.Г., Бадун Г.А., Синолиц А.В. и др. Биоматериал для изготовления протезов клапанов сердца и способ получения биоматериала. Патент РФ RU2711544. РФ, 2020.
  7. Tsai L.W., Lin Y.C., Perevedentseva E. et al. Nanodiamonds for medical applications: Interaction with blood in vitro and in vivo // International Journal of Molecular Sciences. 2016. V. 17. № 7. P. 5–9. https://doi.org/10.3390/ijms17071111
  8. Mona J., Kuo C.-J., Perevedentseva E. et al. Adsorption of human blood plasma on nanodiamond and its influence on activated partial thromboplastin time // Diamond and Related Materials. 2013. V. 39. P. 73–77. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2013.08.001
  9. Turcheniuk V., Raks V., Issa R. et al. Antimicrobial activity of menthol modified nanodiamond particles // Diamond and Related Materials. 2015. V. 57. P. 2–8. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2014.12.002
  10. Xiao J., Duan X., Yin Q. et al. Nanodiamonds-mediated doxorubicin nuclear delivery to inhibit lung metastasis of breast cancer // Biomaterials. 2013. V. 34. № 37. P. 9648–9656. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2013.08.056
  11. Huang H., Pierstorff E., Osawa E. et al. Protein-mediated assembly of nanodiamond hydrogels into a biocompatible and biofunctional multilayer nanofilm // ACS Nano. 2008. V. 2. № 2. P. 203–212. https://doi.org/10.1021/nn7000867
  12. Schrand A.M., Hens S.A., Shenderova O.A. Nanodiamond particles: Properties and perspectives for bioapplications // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2009. V. 34. № 1–2. P. 18–74. https://doi.org/10.1080/10408430902831987
  13. Tinwala H., Wairkar S. Production, surface modification and biomedical applications of nanodiamonds: A sparkling tool for theranostics // Materials Science and Engineering: C. 2019. V. 97. P. 913–931. https://doi.org/10.1016/j.msec.2018.12.073
  14. Vaijayanthimala V., Lee D.K., Kim S.V. et al. Nanodiamond-mediated drug delivery and imaging: challenges and opportunities // Expert Opinion on Drug Delivery. 2015. V. 12. № 5. P. 735–749. https://doi.org/10.1517/17425247.2015.992412
  15. Chen M., Pierstorff E.D., Lam R. et al. Nanodiamond-mediated delivery of water-insoluble therapeutics // ACS Nano. 2016. V. 3. № 7. P. 2016–2022. https://doi.org/10.1021/nn900480m
  16. Perevedentseva E., Lin Y.-C., Cheng C.-L. A review of recent advances in nanodiamond-mediated drug delivery in cancer // Expert Opinion on Drug Delivery. 2021. V. 18. № 3. P. 369–382. https://doi.org/10.1080/17425247.2021.1832988
  17. Chatterjee A., Perevedentseva E., Jani M. et al. Antibacterial effect of ultrafine nanodiamond against Gram-negative bacteria Escherichia coli // Journal of Biomedical Optics. 2014. V. 20. № 5. P. 051014. https://doi.org/10.1117/1.jbo.20.5.051014
  18. Мосолова А.В., Климова Л.Г., Суковатых Б.С. и др. Оценка биоцидной активности нового шовного материала, импрегнированного мирамистином // Вестник ВолГМУ. 2021. V. 18. № 1. P. 31–35. https://doi.org/10.19163/1994-9480-2021-1(77)-31-35
  19. Дунаевский А.М., Кириченко И.М. Клиническое обоснование использования препарата Мирамистин в терапии инфекционно-воспалительных заболеваний респираторной системы. Обзор литературы // Поликлиника. 2013. P. 6–12.
  20. Chernysheva M.G., Melik-Nubarov N.S., Grozdova I.D. et al. Reduction of cytotoxicity of Myramistin by adsorption on nanodiamonds // Mendeleev Communications. 2017. V. 27. № 4. P. 421–423. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2017.07.036
  21. Chernysheva M.G., Shnitko A.V., Skrabkova H.S. et al. Peculiarities of alkylamidopropyldimethylbenzylammonium (Miramistin) in the relationship to lysozyme in comparison with quaternary ammonium surfactants: Coadsorption at the interfaces, enzymatic activity and molecular docking // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2021. V. 629. P. 127503. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2021.127503
  22. Chaschin I.S., Badun G.A., Chernysheva M.G. et al. Structural and mechanical characteristics of collagen tissue coated with chitosan in a liquid CO2/water system at different pressures // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2019. V. 94. P. 213–221. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2019.03.012
  23. Badun G.A., Chernysheva M.G., Yakovlev R.Y. et al. A novel approach radiolabeling detonation nanodiamonds through the tritium thermal activation method // Radiochimica Acta. 2014. V. 102. № 10. P. 941–946. https://doi.org/10.1515/ract-2013-2155
  24. Бадун Г.А., Чернышева М.Г. Метод термической активации трития. Особенности применения, современные достижения и дальнейшие перспективы развития // Радиохимия. 2023. V. 65. № 2. P. 158–171. https://doi.org/10.31857/S0033831123020053
  25. Стерилизация медицинских изделий. МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ. Часть 1. Оценка популяции микроорганизмов на продукции // ГОСТ Р ИСО 11737–1–2000, 2014.
  26. Чернышева М.Г., Бадун Г.А., Синолиц А.В. et al. Метод тритиевого зонда в исследовании адсорбционных слоев лизоцима на поверхности детонационных наноалмазов // Радиохимия. 2021. V. 63. № 2. P. 185–192. https://doi.org/10.31857/S0033831121020118
  27. Petit T., Puskar L. FTIR spectroscopy of nanodiamonds: Methods and interpretation // Diamond and Related Materials. 2018. V. 89. P. 52–66. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2018.08.005
  28. Aramesh M., Shimoni O., Ostrikov K. et al. Surface charge effects in protein adsorption on nanodiamonds // Nanoscale. 2015. V. 7. № 13. P. 5726–5736. https://doi.org/10.1039/C5NR00250H
  29. Perevedentseva E., Cheng C.-Y., Chung P.-H. et al. The interaction of the protein lysozyme with bacteria E. coli observed using nanodiamond labelling // Nanotechnology. 2007. V. 18. № 31. P. 315102. https://doi.org/10.1088/0957-4484/18/31/315102
  30. Liu Y.L., Sun K.W. Protein functionalized nanodiamond arrays // Nanoscale Research Letters. 2010. V. 5. № 6. P. 1045–1050. https://doi.org/10.1007/s11671-010-9600-7
  31. Perevedentseva E., Cai P.-J., Chiu Y.-C. et al. Characterizing protein activities on the lysozyme and nanodiamond complex prepared for bio applications // Langmuir. 2011. V. 27. № 3. P. 1085–1091. https://doi.org/10.1021/la103155c
  32. Levashov P.A., Sedov S.A., Shlpovskov S. et al. Quantitative turbidimetric assay of enzymatic Gram-negative bacteria lysis // Analytical Chemistry. 2010. V. 82. № 5. P. 2161–2163. https://doi.org/10.1021/ac902978u
  33. Матолыгина Д.А., Душутина Н.С., Овчинникова Е.Д. и др. Единый подход для расчета скорости ферментативного лизиса живых бактериальных клеточных субстратов турбидиметрическим методом // Вестн. Моск. Ун-та. 2018. V. 59. № 2. P. 125–131.
  34. Lu W.-J., Smirnov S.A., Levashov P.A. General characteristics of the influence of surfactants on the bacteriolytic activity of lysozyme based on the example of enzymatic lysis of Lactobacillus plantarum cells in the presence of Tween 21 and SDS // Biochemical and Biophysical Research Communications. 2021. V. 575. P. 73–77. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2021.08.060
  35. Chernysheva M.G., Chaschin I.S., Badun G.A. et al. Novel nanodiamond coatings for durable xenogenic heart valve prostheses: Mechanical properties and in vivo stability // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2023. V. 656. P. 130373. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.130373
  36. Badun G.A., Chernysheva M.G., Gus’kov A.V. et al. Adsorption of alkyltrimethylammonium bromides on nanodiamonds // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2020. V. 28. № 5. P. 361–367. https://doi.org/10.1080/1536383X.2019.1685982

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The structural formula of miramistin.

Download (47KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. IR spectra of nanodiamonds before and after modification by lysozyme (a) DND, PlasmaChem and (b) SDND, PlasmaChem.

Download (808KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of the adsorption of miramistin on its equilibrium concentration in suspension on nanodiamonds DND (a) and SDND (b). o – initial nanodiamonds; ● – nanodiamonds with adsorbed lysozyme.

Download (294KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. SEM images of nanodiamond-containing coatings of bovine pericardium collagen tissue: (a, c) – fleecy side, (b, d) – smooth side. (a, b) – DND, (c, d) – SDND.

Download (1MB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Images of samples with Staphylococcus aureus bacteria after an antibacterial test. A control sample is shown on the left – an uncoated matrix. 1 – SDND, 2 – SDND–lysozyme–miramistin, 3 – DND, 4 – DND–lysozyme–miramistin.

Download (1023KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. The percentage of the administered dose per gram of tissue 30 minutes after intravenous administration of positively (+) and negatively (–) charged nanodiamonds and nanodiamond–lysozyme complexes.

Download (219KB)
Indexing metadata


This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies