Антимикробная активность водных дисперсий наночастиц серебра в отношении возбудителей гнойно-воспалительных заболеваний

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящее время в медицинской, микробиологической и ветеринарной практике широко используются металлические наноструктуры. Особенно перспективными в качестве антимикробных агентов являются наночастицы серебра, так как в литературе отсутствуют данные о формировании у микроорганизмов устойчивости к ним. При разработке препаратов на основе металлических наночастиц важным вопросом остается выбор стабилизатора, введение которого в процессе синтеза обеспечивает сохранение структур в наноразмерном диапазоне, а, следовательно, и их основных характеристик, в том числе биоцидных свойств. Объектом исследования являлись водные дисперсии наночастиц серебра, стабилизированные природными и синтетическими полимерными соединениями. В качестве экспериментальных моделей использовали стандартные штаммы грамположительных и грамотрицательных бактерий: S. aureus 209 Р, Escherichia coli ATCC 25922, Proteus mirabilis ATCC 3177 (О-форма), Klebsiella pneumoniae АТСС 31488, полученные из Научного центра экспертизы средств медицинского применения. Оценку антимикробной активности различных вариантов водных дисперсий наночастиц серебра проводили методом серийных разведений в плотной питательной среде. В работе не проводили исследование влияния наночастиц серебра без стабилизаторов, так как их отсутствие приводило к быстрой агломерации наноструктур и утрате наноразмерных характеристик. Наибольшая чувствительность грамположительных и грамотрицательных бактерий установлена к действию водной дисперсии наночастиц серебра, стабилизированных полиазолидинаммонием, модифицированным гидрат-ионами йода. Рабочие концентрации препарата от 0,5 до 3% оказывали бактерицидное действие в отношении возбудителей гнойно-воспалительных заболеваний, а минимальная рабочая концентрация 0,125% приводила к снижению колониеобразующих единиц на 20–57% разных штаммов бактерий. Наночастицы серебра, стабилизированные додецилсульфатом натрия, показали высокую эффективность в отношении исследуемых тест-штаммов, что, вероятно, связано с высокой токсичностью используемого стабилизатора, которая была установлена ранее при проведении комплексной оценки безопасности с использованием биотест-объектов и культур клеток. В связи с этим его использование в качестве компонента антимикробных препаратов нежелательно. Результаты проведенных исследований показали, что среди вариантов водных дисперсий наночастиц серебра наиболее перспективными для использования в медико-биологической практике являются препараты, стабилизированные поливиниловым спиртом и полиазолидинаммонием, модифицированным гидрат-ионами йода, поскольку они демонстрируют высокий уровень антибактериальной активности в отношении как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий — возбудителей гнойно-воспалительных заболеваний — и низкий уровень токсичности. Это позволяет рекомендовать их в качестве безопасных и эффективных антимикробных компонентов дезинфицирующих средств, а также антисептических препаратов для профилактики и лечения инфекционных заболеваний кожи и мягких тканей.

Об авторах

Ольга Викторовна Нечаева

Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина

Email: olgav.nechaeva@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0003-3331-1051
SPIN-код: 9984-9594

д.б.н., профессор кафедры экологии и техносферной безопасности

Россия, Саратов

Татьяна Андреевна Шульгина

НИИ травматологии, ортопедии и нейрохирургии ФГБОУ ВО «Саратовский государственный медицинский университет имени В.И. Разумовского» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: tshylgina2012@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2393-6402
SPIN-код: 4148-3558

биолог отделения лабораторной и функциональной диагностики

Россия, Саратов

Ксения Валерьевна Зубова

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского

Email: zubovaksushechka@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9406-080X
SPIN-код: 2858-5323

аспирант кафедры микробиологии и физиологии растений биологического факультета

Россия, Саратов

Елена Владимировна Глинская

Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского

Email: elenavg-2007@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1675-5438
SPIN-код: 2724-1359

к.б.н., доцент, доцент кафедры микробиологии и физиологии растений биологического факультета

Россия, Саратов

Наталья Викторовна Беспалова

Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина

Email: n.v.bespalova.sstu@gmail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3733-3119
SPIN-код: 1676-8226

к.ф.-м.н., доцент кафедры информационной безопасности автоматизированных систем

Россия, Саратов

Николай Иванович Дарьин

ООО «М9»

Email: nickel@nmt-9.com
ORCID iD: 0000-0002-7009-3308
SPIN-код: 1708-6649

технический директор

Россия, Тольятти

Елена Ивановна Тихомирова

Саратовский государственный технический университет имени Ю.А. Гагарина

Email: tichomirova_ei@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6030-7344
SPIN-код: 7673-8480

зав. кафедрой экологии и техносферной безопасности

Россия, Саратов

Анна Геннадьевна Афиногенова

ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера

Автор, ответственный за переписку.
Email: spbtestcenter@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8175-0708
SPIN-код: 9188-3533

д.б.н., ведущий научный сотрудник, руководитель испытательного лабораторного центра

Россия, 197101, Санкт-Петербург, ул. Мира, 14

Список литературы

  1. Александрова В.А., Футорянская А.М., Садыкова В.С. Синтез и антибактериальная активность наночастиц серебра, стабилизированных сукцинамидом хитозана // Прикладная биохимия и микробиология. 2020. T. 56, № 5. С. 497–502. [Aleksandrova V.A., Futoryanskaya A.M., Sadykova V.S. Synthesis and antibacterial activity of silver nanoparticles stabilized with chitosan succinamide. Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya = Applied Biochemistry and Microbiology, 2020, vol. 56, no. 5, pp. 497–502. (In Russ.)] doi: 10.31857/S0555109920050025
  2. Валуева С.В., Боровикова Л.Н. Влияние природы биологически активного стабилизатора на спектральные и размерные характеристики гибридных селенсодержащих наносистем // Журнал физической химии. 2019. T. 93, № 1. С. 113–118. [Valueva S.V., Borovikova L.N. Influence of the nature of a biologically active stabilizer on the spectral and dimensional characteristics of hybrid selenium-containing nanosystems. Zhurnal fizicheskoi khimii = Journal of Physical Chemistry, 2019, vol. 93, no. 1, pp. 113–118. (In Russ.)] doi: 10.1134/S0044453719010308
  3. Валуева С.В., Назарова О.В., Вылегжанина М.Э., Боровикова Л.Н., Золотова Ю.И., Панарин Е.Ф. Медьсодержащие наносистемы на основе высокомолекулярных гидрофильных стабилизаторов // Доклады академии наук. 2019. Т. 489, № 3. С. 254–257. [Valueva S.V., Nazarova O.V., Vylegzhanina M.E., Borovikova L.N., ZolotovaYu.I., Panarin E.F., Copper-containing nanosystems based on high-molecular hydrophilic stabilizers. Doklady akademii nauk = Reports of the Academy of Sciences, 2019, vol. 489, no. 3, pp. 254–257. (In Russ.)] doi: 10.31857/S0869-56524893254-257
  4. Габриелян Л.С., Трчунян А.А. Антибактериальные свойства наночастиц серебра и мембранотропные механизмы иx действия // Журнал Белорусского государственного университета. Биология. 2020. № 3. С. 64–71. [Gabrielyan L.S., Trchunyan A.A. Antibacterial properties of silver nanoparticles and membranotropic mechanisms of their action. Zhurnal Belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya = Journal of the Belarusian State University. Biology, 2020, no. 3, pp. 64–71. (In Russ.)] doi: 10.33581/2521-1722-2020-3-64-71
  5. Дьяченко C.B., Кондрашкова И.С., Жерновой А.И. Исследование седиментации ферромагнитных наночастиц в магнитной жидкости методом ЯМР // Журнал технической физики. 2017. Т. 87, Вып. 10. С. 1596–1598. [Dyachenko S.V., Kondrashkova I.S., Zhernovoy A.I. Investigation of the sedimentation of ferromagnetic nanoparticles in a magnetic fluid by NMR. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki = Journal of Technical Physics, 2017, vol. 87, iss. 10, pp. 1596–1598. (In Russ.)] doi: 10.21883/JTF.2017.10.45007.2213
  6. Егорова С.А., Кулешов К.В., Кафтырева Л.А., Матвеева З.Н. Чувствительность к антибиотикам, механизмы резистентности и филогенетическая структура популяции S. typhi, выделенных в 2005–2018 гг. в Российской Федерации // Инфекция и иммунитет. 2020. T. 10, № 1. С. 99–110. [Egorova S.A., Kuleshov K.V., Kaftyreva L.A., Matveeva Z.N. The antimicrobial susceptibility, resistance mechanisms and phylogenetic structure of S. typhi isolated in 2005–2018 in the Russian Federation. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2020, vol. 10, no. 1, pp. 99–110. (In Russ.)] doi: 10.15789/10.15789/2220-7619-ASM-1171
  7. Козлова Н.С., Баранцевич Н.Е., Баранцевич Е.П. Чувствительность к антибиотикам Klebsiella pheumoniae, выделенных в многопрофильном стационаре // Инфекция и иммунитет. 2018. T. 8, № 1. С. 79–84. [Kozlova N.S., Barantsevich N.E., Barantsevich E.P. Susceptibility to antibiotics in Klebsiella pneumoniae strains isolated in a multidisciplinary medical centre. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2018, vol. 8, no. 1, pp. 79–84. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-2018-1-79-84
  8. Мазитова Г.Т., Киенская К.И., Буторова И.А. Зависимость антимикробной активности нанодисперсий оксида цинка от формы и размера частиц // Журнал прикладной химии. 2020. Т. 93, Вып. 6. С. 823–827. [Mazitova G.T., Kienskaya K.I., Butorova I.A. Dependence of the antimicrobial activity of zinc oxide nanodispersions on the shape and size of particles. Zhurnal prikladnoi khimii = Journal of Applied Chemistry, 2020, vol. 93, iss. 6, pp. 823–827. (In Russ.)]
  9. Мелешко А.А., Афиногенова А.Г., Афиногенов Г.Е., Спиридонова А.А., Толстой В.П. Антибактериальные неорганические агенты: эффективность использования многокомпонентных систем // Инфекция и иммунитет. 2020. Т. 10, № 4. С. 639–654. [MeleshkoА.A., Afinogenova A.G., Afinogenov G.E., Spiridonova A.A., Tolstoy V.P. Аntibacterial inorganic agents: efficiency of using multicomponent systems. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2020, vol. 10, no. 4, pp. 639–654. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-AIA-1512
  10. Определение чувствительности микроорганизмов к антибактериальным препаратам.МУК 4.2.1890-04. Москва: Издательский отдел Федерального центра Госсанэпиднадзора Минздрава РФ, 2004. [Determination of the sensitivity of microorganisms to antibacterial drugs. MUK 4.2.1890-04. Moscow: Publishing Department of the Federal Center for Sanitary and Epidemiological Surveillance of the Ministry of Health of the Russian Federation, 2004. (In Russ.)]
  11. Панин А.Н., Комаров А.А., Куликовский А.В., Макаров Д.А. Проблема резистентности к антибиотикам возбудителей болезней, общих для человека и животных // Ветеринария, зоотехния и биотехнология. 2017. № 5. С. 18–24. [Panin A.N., Komarov A.A., Kulikovskiy A.V., Makarov D.A. The problem of resistance to antibiotics of pathogens common to humans and animals. Veterinariya, zootekhniya i biotekhnologiya = Veterinary, Zootechnics and Biotechnology, 2017, no. 5, pp. 18–24. (In Russ.)]
  12. Петрицкая Е.Н., Рогаткин Д.А., Русанова Е.В. Сравнительная характеристика антибактериального действия препаратов серебра и наносеребра in vitro // Альманах клинической медицины. 2016. Т. 44, № 2. С. 221–226. [Petritskaya E.N., Rogatkin D.A., Rusanova E.V. Comparative characteristics of the antibacterial action of silver and nanosilver preparations in vitro. Al’manakh klinicheskoi meditsiny = Almanac of Clinical Medicine, 2016, vol. 44, no. 2, pp. 221–226 (In Russ.)] doi: 10.18786/2072-0505-2016-44-2-221-226
  13. Сазыкин И.С., Хмелевцова Л.Е., Селиверстова Е.Ю., Сазыкина М.А. Влияние антибиотиков, использующихся в животноводстве, на распространение лекарственной устойчивости бактерий (обзор) // Прикладная биохимия и микробиология. 2021. Т. 57, № 1. С. 24–35. [Sazykin I.S., Khmelevtsova L.E., Seliverstova E.Yu., Sazykina M.A. Influence of antibiotics used in animal husbandry on the spread of bacterial drug resistance (review). Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya = Applied Biochemistry and Microbiology, 2021, vol. 57, no. 1, pp. 24–35. (In Russ.)] doi: 10.31857/S0555109921010335
  14. Сухина М.А., Шелыгин Ю.А., Пиядина А.Ю., Фельдман Н.Б., Ананян М.А., Луценко С.В., Фролов С.А. Исследование ингибирующего и разрушающего действия препарата наночастиц серебра на биопленки, сформированные клинически значимыми микроорганизмами // Колопроктология. 2019. Т. 18, № 3 (69). С. 56–70. [Sukhina M.A., Shelygin Yu.A., Piyadina A.Yu., Feldman N.B., Ananyan M.A., Lutsenko S.V., Frolov S.A. Study of the inhibitory and destructive effect of a silver nanoparticle preparation on biofilms formed by clinically significant microorganisms. Koloproktologiya = Coloproctology, 2019, vol. 18, no. 3 (69), pp. 56–70. (In Russ.)] doi: 10.33878/2073-7556-2019-18-3-56-70
  15. Удегова Е.С., Гильдеева К.А., Рукосуева Т.В., Сьед Б. Антибактериальный эффект наночастиц металлов на антибиотикорезистентные штаммы бактерий // Инфекция и иммунитет. 2021. Т. 11, № 4. С. 771–776. [Udegova E.S., Gildeeva K.A., Rukosueva T.V., Baker S. Metal nanoparticle antibacterial effect оn antibiotic-resistant strains of bacteria. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2021, vol. 11, no. 4, pp. 771–776. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-MNA-1359
  16. Шульгина Т.А., Зубова К.В., Глинская Е.В., Нечаева О.В., Беспалова Н.В. Сравнительная характеристика антимикробной активности водных дисперсий наночастиц серебра и золота, стабилизированных природными и синтетическими полимерами // Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии. 2021. Т. 19, № 4. С. 405–411. [Shulgina T.A., Zubova K.V., Glinskaya E.V., Nechaeva O.V., Bespalova N.V. Comparative characteristics of the antimicrobial activity of aqueous dispersions of silver and gold nanoparticles stabilized by natural and synthetic polymers. Obzory po klinicheskoi farmakologii i lekarstvennoi terapii = Reviews of Clinical Pharmacology and Drug Therapy, 2021, vol. 19, no. 4, pp. 405–411. (In Russ.)] doi: 10.17816/RCF194405-411
  17. Шульгина Т.А., Нечаева О.В., Глинская Е.В., Торгашова А.С., Зубова К.В. Оценка влияния наночастиц серебра, стабилизированных полимерными соединениями, на выживаемость штаммов Staphylococcus aureus // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология. 2019. Т. 19, Вып. 3. С. 331–336. [Shulgina T.A., Nechaeva O.V., Glinskaya E.V., Torgashova A.S., Zubova K.V. Evaluation of the effect of silver nanoparticles stabilized by polymeric compounds on the survival of Staphylococcus aureus strains. Izvestiya Saratovskogo universiteta. Novaya seriya. Seriya: Khimiya. Biologiya. Ekologiya = Izvestiya of Saratov University. Chemistry. Biology. Ecology, 2019, vol. 19, iss. 3, pp. 331–336. (In Russ.)] doi: 10.18500/1816-9775-2019-19-3-331-337
  18. Шурыгина И.А., Шурыгин М.Г. Перспективы применения наночастиц металлов для целей регенеративной медицины // Сибирское медицинское обозрение. 2018. Т. 4. С. 31–37. [Shurygina I.A., Shurygin M.G. Prospects for the use of metal nanoparticles for the purposes of regenerative medicine. Sibirskoe meditsinskoe obozrenie = Siberian Medical Review, 2018, vol. 4, pp. 31–37. (In Russ.)]
  19. Hamida R.S., Abdelmeguid N.E., Ali M.A., Bin-Meferij M.M., Khalil M.I. Synthesis of silver nanoparticles using a novel Cyanobacteria desertifilum sp. extract: their antibacterial and cytotoxicity effects. Int. J. Nanomedicine, 2020, vol. 15, pp. 49–63. doi: 10.2147/IJN.S238575
  20. Hasan C.M., Dutta D., Nguyen A.N.T. Revisiting antibiotic resistance: mechanistic foundations to evolutionary outlook. Antibiotics, 2021, no. 11: 40. doi: 10.3390/antibiotics11010040
  21. Kyriakidis I., Vasileiou E., Pana Z.D., Tragiannidis A. Acinetobacter baumannii antibiotic resistance mechanisms. Pathogens, 2021, vol. 10, no. 3: 373. doi: 10.3390/pathogens10030373
  22. Kwon J.N., Powderly W.G. The post-antibiotic era is here. Science, 2021, vol. 373, iss. 6554, p. 471. doi: 10.1126/science.abl5997
  23. Lee S.H., Jun B.H. Silver nanoparticles: synthesis and application for nanomedicine. Int. J. Mol. Sci., 2019, vol. 20, no. 4, p. 865. doi: 10.3390/ijms20040865
  24. Liao S., Zhang Y., Pan X., Dai G., Wu G., Chen L., Zhu F., Liu Q., Jiang C., Cheng Z., Wang L. Antibacterial activity and mechanism of silver nanoparticles against multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa. Int. J. Nanomedicine, 2019, vol. 14, pp. 1469–1487. doi: 10.2147/IJN.S191340
  25. Liu J., Wang Y., Ma J., Peng Y., Wang A. A review on bidirectional analogies between the photocatalysis and antibacterial properties of ZnO. J Alloys Compd., 2019, vol. 783, pp. 898–918. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.12.330
  26. Liu X., Shao X., Liu Z., Deng L., Shan K., Shi X., He Y., Jacob J.A. Nanotoxic effects of silver nanoparticles on normal HEK-293 cells in comparison to cancerous HELA cell line. Int. J. Nanomedicine, 2021, vol. 16, pp. 753–761. doi: 10.2147/IJN.S289008
  27. Ma C., Yang Z., Wang W., Hao X., Zhang M., Zhu S., Chen S. Fabrication of Ag-Cu2O/PANI nanocomposites for visiblelight photocatalysis triggering super antibacterial activity. J. Mater. Chem., 2020, vol. 8, pp. 2888–2898. doi: 10.1039/ C9TC05891E
  28. Mirjalili A., Zamanian A., Hadavi M.M. TiO2 nanotubes-polydopamine-silver composites for long-term antibacterial pro perties: preparation and characterization. Biomedical Engineering: Applications, Basis and Communications, 2019, vol. 31, no. 3, pp. 1950023-1–1950023-9. doi: 10.4015/S1016237219500236
  29. Pareek V., Gupta R., Panwar J. Do physico-chemical properties of silver nanoparticles decide their interaction with biological media and bactericidal action? A review. Mater. Sci. Eng. C Mater. Biol. Appl., 2018, no. 90, pp. 739–749. doi: 10.1016/j.msec.2018.04.093
  30. Sánchez-Lуpez E., Gomes D., Esteruelas G., Bonilla L., Lopez-Machado A.L., Galindo R., Cano A., Espina M., Ettcheto M., Camins A., Silva A.M., Durazzo A., Santini A., Garcia M.L., Souto E.B. Metal-based nanoparticles as antimicrobial agents: an overview. Nanomaterials, 2020, vol. 10, no. 2, pp. 292–331. doi: 10.3390/nano10020292
  31. Shulgina T.A., Nechaeva О.V., Tikhomirova E.I., Bespalova N.V., Ushakova O.V. Photodynamic aspects of antimicrobic action of silvernanoparticles on Staphylococcus aureus strains. Optical and Nano-Technologies for Biology and Medicine: proc. of Saratov Fall Meeting 2018, vol. 11065, p. 1106518. doi: 10.1117/12.2522957
  32. Shulgina T., Nechaeva O., Torgashova A., Darin N. Using the method of biotesting to assess the toxicity of waste medical and biological practices containing nanomaterials. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci., vol. 337: 012012. doi: 10.1088/1755-1315/337/1/012012
  33. Vallet-Regí M., González B., Izquierdo-BarbaI. Nanomaterials as promising alternative in the infection treatment. Int. J. Mol. Sci., 2019, vol. 20, no. 15: 3806. doi: 10.3390/ijms20153806
  34. Verkhovskii R., Kozlova A., Atkin V., Kamyshinsky R., Shulgina T., Nechaeva О. Physical properties andcytotoxicity of silvernanoparticles under differentpolymeric stabilizers. Heliyon, 2019, vol. 5, iss. 3: e01305. doi: 10.1016/j.heliyon.2019.e01305
  35. Yang Z., Ma C., Wang W., Zhang M., Hao X., Chen S. Fabrication of Cu2O-Ag nanocomposites with enhanced durability and bactericidal activity. J. Colloid Interface Sci., 2019, vol. 557, pp. 156–167. doi: 10.1016/j.jcis.2019.09.015
  36. Yao S., Feng X., Lu J., Zheng Y., Wang X., Volinsky A.A., Wang L.N. Antibacterial activity and inflammation inhibition of ZnO nanoparticles embedded TiO2 nanotubes. Nanotechnology, 2018, vol. 29, no. 24, pp. 1–29. doi: 10.1088/1361-6528/aabac1
  37. Zhao R., Lv M., Li Y., Sun M., Kong W., Wang L., Song S., Fan C., Jia L., Qiu S., Sun Y., Song H., Hao R. Stable nanocomposite based on PEGylated and silver nanoparticles loaded graphene oxide for long-term antibacterial activity. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, vol. 9, no. 18, pp. 15328–15341. doi: 10.1021/acsami.7b03987

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рисунок 1. Антимикробная активность водной дисперсии наночастиц серебра, стабилизированных карбоксиметилцеллюлозой (М±m, p ≤ 0,05)

Скачать (84KB)
Метаданные
3. Рисунок 2. Антимикробная активность водной дисперсии наночастиц серебра, стабилизированных олеатом натрия (М±m, p ≤ 0,05)

Скачать (84KB)
Метаданные
4. Рисунок 3. Антимикробная активность водной дисперсии наночастиц серебра, стабилизированных поливиниловым спиртом, додецилсульфатом натрия и полиазолидинаммонием, модифицированным гидрат-ионами йода (М±m, p ≤ 0,05)

Скачать (116KB)
Метаданные

© Нечаева О.В., Шульгина Т.А., Зубова К.В., Глинская Е.В., Беспалова Н.В., Дарьин Н.И., Тихомирова Е.И., Афиногенова А.Г., 2022

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах