Експериментальне дослідження фармакологічних властивостей наночастинок міді та їх кон’югату з цефтріаксоном

Abstract

Дисертація присвячена експериментальному обґрунтуванню доцільності створення протимікробних препаратів з водними дисперсіями мідьвмісних наночастинок – наночастинок нуль-валентної міді та кон’югату наночастинок нуль- валентної міді з цефтріаксоном – для лікування інфекційних процесів різної локалізації та етіології. Встановлена протимікробна активність досліджуваних сполук in vitro щодо стандартних тест-штамів та клінічних ізолятів мікроорганізмів з множинною стійкістю до протимікробних засобів. У дослідженнях гострої токсичності виявлені середні смертельні дози та біологічні мішені дії водних дисперсій мідьвмісних наночастинок. Встановлена відсутність впливу останніх при внутрішньовенному введенні на гемодинаміку кролів та біохімічні показники сироватки крові мишей. Доведені ефективність та безпека мідьвмісних наночастинок при внутрішньовенному застосуванні у щурів у рамках моделі полімікробної первинної інфекції кровобігу, фармакологічна активність наночастинок нуль-валентної міді при зовнішньому застосуванні у щурів з абсцесами шкіри і м’яких тканин.

Диссертация посвящена экспериментальному обоснованию целесообразности создания противомикробных препаратов с водными дисперсиями медьсодержащих наночастиц – наночастиц нуль-валентной меди и конъюгата наночастиц нуль- валентной меди с цефтриаксоном – для лечения инфекционных процессов различной локализации и этиологии. Установлена противомикробная активность водных дисперсий наночастиц нуль-валентной меди размером 20 нм, полученных методом химической конденсации в водной среде, и конъюгата наночастиц нуль-валентной меди с цефтриаксоном размером 5 нм in vitro относительно стандартных тест-штаммов микроорганизмов (Staphylococcus aureus MRSA ATCC 43300, Escherichia coli ATCC 2592, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Staphylococcus aureus 209P, Salmonella typhimurium 144, Shigella sonnei ГІСК 396, Candida albicans АТСС 885-653) и антибиотикорезистентных клинических изолятов бактерий (Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa). Минимальная ингибирующая концентрация составляла 0,8–3,2 мг/мл и 1,6–3,2 мг/мл, соответственно. Водная дисперсия наночастиц нуль-валентной меди в концентрации 3,2 мг/мл также угнетала in vitro рост клинических изолятов бактерий Enterobacter aerogenes, Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis, грибов Candida albicans, Candida non-albicans, Penicillium spp., Paecilomyces lilacinus, Aspergillus niger, Aspergillus flavus. Штаммы обладали множественной устойчивостью к противомикробным средствам. Полученные данные указывают на широкий спектр антибактериальной и противогрибковой активности медьсодержащих наночастиц. В рамках исследования острой токсичности установлены средние смертельные дозы водных дисперсий наночастиц нуль-валентной меди и конъюгата наночастиц нуль-валентной меди с цефтриаксоном, составившие при внутривенном введении мышам 460,8±38,9 и 146,2±10,6 мг/кг, при внутрижелудочном – 1947,0±160,5 и 5622,0±385,2 мг/кг, соответственно. Водные дисперсии отнесены к IV классу токсичности – малотоксичные вещества, по классификации К. К. Сидорова (1973). При применении НЧМ и конъюгата НЧМЦ в дозах, соответственно, 316 и 79,4 мг/кг при внутривенном введении и 1260 и 3980 мг/кг – при внутрижелудочном наблюдали токсические эффекты: цианоз, уменьшение подвижности, отказ от корма и воды, тремор, судороги, выделение порфирина, птоз, пилоэрекцию, диарею, после вскрытия – бледность почек, бледно-желтую окраску печени. Полученные результаты позволили установить, что биологическими мишенями воздействия исследуемых веществ на ранних этапах интоксикации выступали центральная и вегетативная нервная система, сердечно-сосудистая система, на поздних – печень, почки, селезенка и желудочно-кишечный тракт. Водные дисперсии наночастиц нуль-валентной меди и конъюгата наночастиц нуль-валентной меди с цефтриаксоном при внутривенном введении в дозах 6,4 и 16,4 мг/кг, соответственно, не влияли на биохимические показатели сыворотки крови мышей (активность аланинаминотрансферазы, аспартатаминотрансферазы, содержание общего билирубина и креатинина), а в диапазоне доз 4–40 мг/кг и 10–100 мг/кг, соответственно, – на функцию сердца и системную гемодинамику кроликов (частота сердечных сокращений, максимальное давление в левом желудочке, систолическое, диастолическое, пульсовое, среднее артериальное давление). Однако при введении наночастиц нуль-валентной меди в дозе 80 мг/кг на протяжении эксперимента отмечали возрастание пульсового давления на 29,7%, а при применении конъюгата наночастиц нуль-валентной меди с цефтриаксоном в дозе 200 мг/кг – снижение среднего артериального давления на 17,7% по сравнению с контролем (введение воды для инъекций). Полученные результаты подтвердили дозозависимость воздействия водных дисперсий медьсодержащих наночастиц на сердечно-сосудистую систему. Доказана эффективность и безопасность водных дисперсий наночастиц нуль- валентной меди (4 и 40 мг/кг) и конъюгата наночастиц нуль-валентной меди с цефтриаксоном (10 и 100 мг/кг) при внутривенном введении крысам в рамках модели инфекции кровотока, вызванной Staphylococcus aureus, Streptococcus zooepidemicus и Pseudomonas aeruginosa, а также фармакологическая активность наночастиц нуль-валентной меди в концентрациях 0,64 и 6,4 мг/мл при наружном применении у крыс с абсцессами кожи и мягких тканей, вызванными Fusobacterium necrophorum, или Actinobacillus lignieresii, или комбинацией микроорганизмов Staphylococcus aureus, Streptococcus zooepidemicus и Pseudomonas aeruginosa. Фармакологическое действие и приемлемый профиль безопасности водных дисперсий медьсодержащих наночастиц подтверждены такими параметрами, как выживаемость, общее состояние животных, динамика изменения массы тела,макроскопическое строение, массовые коэффициенты и гистологическая структура органов, тканей зон заражения, результаты микробиологического анализа крови, а также биохимическими (активность аланинаминотрансферазы, аспартатаминотрансферазы, содержание общего билирубина, креатинина, мукопротеидов) и гематологическими (количество лейкоцитов, эритроцитов, тромбоцитов, гемоглобин, гематокрит, процентное соотношение лимфоцитов, моноцитов, нейтрофилов, эозинофилов, базофилов) показателями крови.

The thesis is dedicated to an experimental substantiation of an expediency of a development of antimicrobial drugs with water dispersions of copper containing nanoparticles – zero-valent copper nanoparticles and the conjugate of zero-valent copper nanoparticles with ceftriaxone – for a treatment of infectious processes of different localization and etiology. An antimicrobial action of the studied compounds on standard test-strains and clinical isolates of multidrug resistance microorganisms was studied in vitro. Median lethal doses and biological targets of water dispersions of copper containing nanoparticles were showed in acute toxicity tests. An absence of their influence on hemodynamics in rabbits and serum biochemical indices in mice after an intravenous administration was found. An efficacy and safety of copper containing nanoparticles after an intravenous administration to rats in a model of polymicrobial primary bloodstream infection were proved. A pharmacological action of zero-valent copper nanoparticles after a topical use in rats with skin and soft tissue abscesses was showed.