Експериментальне обґрунтування протимікробної та сорбційної активності ентеросорбенту з наносріблом

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розробці складу, способу отримання та вивченню сорбційних, антитоксичних, протимікробних й антиоксидантних властивостей новітнього нанокомпозиту високодисперсного кремнезему з наночастинками срібла з сорбційно-детоксикаційною та протимікробною дією. Визначали оптимальний склад нанокомпозиту та сорбційні властивості щодо маркерних речовин, проводили фармакологічні, токсикологічні, біохімічні, мікробіологічні, цитологічні експерименти для встановлення антитоксичних, протимікробних й антиоксидантних властивостей. У результаті проведених експериментальних досліджень обґрунтовано і підтверджено склад композиту високодисперсного кремнезему з наночастинками срібла. Показано, що нанокомпозит за внутрішньошлункового введення знижує ЛД50 потенційно отруйних речовин: натрію нітриту, натрію фториду та протитуберкульозних препаратів (ізоніазид, рифампіцин, етамбутол). Проведені дослідження з вивчення протимікробної активності встановили, що нанокомпозит володіє вираженими протимікробними властивостями in vitro стосовно тест-штамів мікроорганізмів S. aureus, E. coli, C. albicans, P. aeruginosa, а також щодо біоплівки та планктонної форми P. aeruginosa. Підтверджена протимікробна активність in vivo стосовно E. Coli. Нанокомпозит виявляє високу антиоксидантну та мітопротективну активність в умовах in vitro. Результати роботи доводять наявність у нанокомпозиту високодисперсного кремнезему з наночастинками срібла антитоксичних, протимікробних й антиоксидантних властивостей.

Диссертационная работа посвящена разработке состава, способа получения и изучению сорбционных, антитоксических, противомикробных и антиоксидантных свойств нового нанокомпозита высокодисперсного кремнезема с наночастицами серебра (ВКНС). В результате проведенных исследований разработан оригинальный способ получения нового нанокомпозита ВКНС путем механоактивации с последующим термолизом. Экспериментально подтверждено, что наночастицы серебра на поверхности высокодисперсного кремнезема расположены монослоем, основой которого является металлическое серебро (Ag0) размерами 12–18 нм в количестве, соответствующем теоретически рассчитанному – 7,9%. В экспериментах in vitro при значениях рН 7,5 и 2,0, которые моделируют кислотность различных отделов желудочно-кишечного тракта, новый нанокомпозит проявляет выраженную адсорбционную активность по отношению к соединениям с низкой (мочевина, метиленовый синий, конго красный), средней (цианокобаламин) и высокой молекулярной массой (альбумин человеческий, желатин). Однократное внутрижелудочное введение мышам нанокомпозита ВКНС не вызывает дозозависимого острого отравления животных, а в соответствии с параметрами острой токсичности новый нанокомопозит относится к VI классу – относительно безвредные вещества (К.К. Сидоров, 1977). Изучение антитоксических свойств показало, что нанокомпозит ВКНС в случае введения in vivo на моделях азотной и фторидной интоксикации снижает токсичность экзогенных токсинов: в 1,79 раза, при введении за 30 мин до натрия нитрита, и в 2,26 раза – через 30 мин после введение; натрия фторида – в 1,22 и 1,58 раза, соответственно. Нанокомпозит ВКНС при введения за 30 мин до и 30 мин после применения противотуберкулезных лекарственных средств, снижает показатели их острой токсичности: изониазида – в 1,16 и в 1,26 раза; пиразинамида – в 1,47 и 1,32 раза; этамбутола – в 1,26 и 1,46 раза, соответственно. Исследуемый нанокомпозит обладает высокой антимикробной активностью в отношении грамотрицательных и грамположительных микроорганизмов: для E. coli минимальная ингибирующая концентрация составляет 330 мкг/мл, минимальная бактерицидная концентрация – 660 мкг/мл; для S. aureus – 330 мкг/мл и 2630 мкг/мл, соответственно. P. Aeruginosa была наименее чувствительной к нанокомпозиту: минимальная ингибирующая концентрация – 2630 мкг/мл, минимальная бактерицидная концентрация – 5260 мкг/мл. Фунгицидные свойства нанокомпозита ВКНС проявлялись подавлением развития C. Albicans в концентрации 660 мкг/мл и фунгицидным эффектом при содержании 2630 мкг/мл. Нанокомпозит ВКНС в концентрации 500 и 200 мкг/мл одинаково эффективен против биопленки и планктонной формы P. aeruginosa. Превентивное внесение нанокомпозита в концентрации 200 мкг/мл предотвращает образование биопленки P. aeruginosa, а при нанесении в концентрации 500 мкг/мл на сформировавшуюся биопленку приводит к ее деградации без восстановления исходных организованных структур. В пересчете на содержание чистого серебра нанокомпозит в концентрации 200 мкг/мл уступает серебру нитрата по влиянию на формирование планктонной формы, но превосходит по действию на формирование биопленки, что свидетельствует о пролонгированной противомикробной активности нанокомпозита. Исследуемый нанокомпозит проявляет противомикробные свойства in vivo, что подтверждается отсутствием гибели животных при введении нанокомпозита в дозе 100 мг/кг через 30 минут после суспензии суточной культуры E. coli в дозе LD50, равной 5•108 клеток, в то время как в группе контроля наблюдалась гибель 6 животных из 10. Нанокомпозит обладает антиоксидантными свойствами, обусловленными значительной антирадикальной активностью, которая проявляется в снижении уровня супероксидрадикала, малонового диальдегида и NO• в условиях активации свободнорадикального окисления. Исследуемый нанокомпозит характеризуется значительной митопротективной активностью, которая выражается снижением степени открытия митохондриальной поры по сравнению с контрольными образцами и уменьшением содержания продуктов окислительной модификации белка – альдегидфенилгидразонов, кетофенилгидразонов и нитротирозина в условиях оксидативного стресса. Полученные экспериментальные данные о функциональной активности и безопасности нанокомпозита ВКНС свидетельствуют о том, что его можно рекомендовать для применения в качестве лекарственного средства, обладающего сорбционными, детоксикационными, противомикробными и антиоксидантными свойствами.

Optimal composition of HDSSN nanocomposite and its sorption activity to different markers were determined additionally to pharmacological, toxicological, biochemical, microbiological and cytological experiments of HDSSN nanocomposite, which were carried to establish antitoxic, antimicrobial and antioxidant properties. As a result of conducted researches, composition of HDSSN nanocomposite was experimentally confirmed. Researches of antitoxic properties have been showed that HDSSN nanocomposite by intragastric administration reduces DL50 of potentially toxic substances: sodium nitrite, sodium ftoride and anti-tuberculosis drugs (isoniazid, rifampicin, ethambutol). Studied nanocomposite has high antimicrobial activity in vitro against test strains of S. aureus, E. coli, C. albicans, P. aeruginosa, as well as against planktonic and biofilm forms of P.aeruginosa. Antimicrobial activity in vivo was also confirmed against E. Coli. Nanocomposite exhibits high antioxidant and mitochondrial protection activity under in vitro conditions. Thus, the results experimentally substantiate the presence of antitoxic, antimicrobial and antioxidant properties in HDSSN nanocomposite.