Сетевое издание "Медицина и образование в Сибири"
 
 
  

 
№ 3 - 2015 г.
14.00.00 медицинские науки
(14.03.00 Медико-биологические науки)

УДК 615.31:546.87]-07

ИССЛЕДОВАНИЕ АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ВИСМУТСОДЕРЖАЩИХ СУБСТАНЦИЙ НА ОСНОВЕ НАНОЧАСТИЦ

Л. Г. Бурова1, Ю. М. Юхин2, Л. А. Герлинская3, А. Н. Евстропов1

1ГБОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет» Минздрава России (г. Новосибирск)
2ФГБУН «Институт химии твердого тела и механохимии» СО РАН (г. Новосибирск)
3ФГБУН «Институт цитологии и генетики» СО РАН (г. Новосибирск)

Изучены антибактериальные свойства висмутсодержащих субстанций в отношении условно-патогенных бактерий in vitro. Определялись МИК и МБК. Показатели антимикробной активности оригинальной висмутсодержащей субстанции, полученной на основе наночастиц, оказались достоверно выше по сравнению с результатами изучения препарата Де-Нол. Антимикробные свойства оригинальной висмутсодержащей субстанции в отношении S. аureus были усилены путем ее комбинирования с экстрактами коры крушины и корневища аира.

Ключевые слова: наночастицы, висмутсодержащие субстанции, антибактериальная активность, E. сoli, S. аureus.


Введение. В настоящее время возрастает значимость проблемы нозокомиальных инфекций в патологии человека и их роли в развитии и исходах инфекционного процесса, особенно в связи с формированием антибиотикорезистентности микроорганизмов [1]. Поэтому остаются актуальными поиск и разработка новых антибактериальных средств. Перспективным направлением в решении этой проблемы является применение нанобиотехнологий, направленных на совершенствование специфических свойств наночастиц металлов, определяемых их структурной модификацией, что позволяет достигать различных биологических эффектов, в том числе и антибактериальных.

Комплексный анализ, включающий определение физико-химических характеристик, исследование субклеточных и клеточных реакций in vitro и изучение морфологических и иммунофизиологических процессов, развивающихся на уровне организма, лежит в основе прогнозирования потенциальных биологических эффектов наночастиц [2]. Производство и использование наночастиц растет, в том числе и при создании новых лекарственных препаратов. В ИХТТМ СО РАН разработан экологически безопасный способ получения растворов солей висмута с высокой степенью очистки от примесей тяжелых металлов. Исследованы физико-химические свойства потенциально новой фармакологической субстанции на основе наноразмерного цитрата висмута, и разработан способ получения растворов цитрата висмута диапазона высокой концентрации. Проведенные исследования свидетельствуют, что молярное отношение ионов висмута к цитрат-ионам, ионам калия и аммония в субстанции препарата Де-Нол Astellas Pharma Europe B.V. составляет соответственно 1,0 : 1,40 : 1,80 : 1,22. Исходя из этого состав субстанции может быть представлен в следующем виде:

[Bi6(OH)6(C6H5O7)4][K3C6H5O7]x[(NH4)3C6H5O7)]y,

где х = 3,2–4,2; а у = 0,8–1,8 с содержанием активного компонента в пересчете на оксид висмута 38,5–42,0 %. Исследование растворимости цитрата висмута состава BiC6H5O7 в воде показало, что концентрация висмута в растворе составляет 0,011 г/л. В случае висмут трикалия дицитрата состава BiK3(C6H5O7)2 она составляет 1,4 г/л, а в случае коллоидного субцитрата висмута — 400 г/л и плотностью 1,70 г/см³. Таким образом, присутствие в субстанции цитратов калия и аммония способствует, при ее растворении в воде, образованию в растворе коллоидного субцитрата висмута. Разработана фармакопейная статья на Висмут трикалия дицитрат, которая направлена в Министерство здравоохранения и социального развития РФ для регистрации. Данное соединение, в соответствии с Распоряжением Правительства РФ от 30 декабря 2009 года № 2135-р, внесено в Перечень 57-ми жизненно необходимых и важнейших лекарственных средств России для импортозамещения. Отрабатываются методы синтеза наночастиц медпрепаратов на основе висмута, а также комбинированных систем на носителях различной природы с целью получения биокомпозитов. С целью разработки лекарственного средства с использованием отечественных вспомогательных ингредиентов исследуется возможность получения и нарабатываются опытные образцы наночастиц
висмут-, калий-, аммоний цитрата в результате нанесения их на кукурузный или картофельный крахмал, метилцеллюлозу и микрокристаллическую целлюлозу [3].

Цель исследования: изучение антибактериального эффекта висмутсодержащих субстанций на основе наночастиц в отношении условно-патогенных бактерий.

Материалы и методы. Для исследования использовались следующие вещества, полученные в ИХТТМ СО РАН:

  1. потенциальная лекарственная субстанция висмута трикалия дицитрата (коллоидного субцитрата висмута) — далее — оригинальная висмутсодержащая субстанция (ОВСС) — [Bi6(OH)6(C6H5O7)4]·3,6K3C6H5O7·0,8(NH4)3C6H5O7) с молекулярной массой — 3410. Присутствие в субстанции цитратов калия и аммония способствует, при растворении ее в воде, образованию коллоидных растворов, содержащих наночастицы висмут-, калий-, аммоний цитрата с размером частиц 2,0–3,0 нм. Концентрация коллоидного субцитрата висмута при растворении в воде может достигать 1,1 г/мл. Субстанция содержит не менее 34,5 % и не более 37,7 % висмута, не менее 11,6 % и не более 13,0 % калия, не менее 42,0 % и не более 46,0 % цитрата;
  2. масса 1-й таблетки лекарственного средства Де-Нол Astellas Pharma Europe B.V. составляет 0,44 г, масса активной субстанции в 1-й таблетке составляет 0,305 г;
  3. проба с крахмалом содержит 79 % оригинальной субстанции и 21 % крахмала (ОВССК);
  4. проба с крахмалом, корой крушины и корневищем аира содержит 70 % оригинальной субстанции и 30 % вспомогательных веществ (ОВССФ).

Дозы веществ рассчитаны следующим образом: Де-Нол — 1 таблетка соответствует 305 мг активного вещества. Оригинальный субцитрат висмута принят за активное вещество. Проба с крахмалом — пересчитана на 79 % активной субстанции. Проба с фитокомпозицией — пересчитана на 70 % активной субстанции. Испытуемые субстанции вносились по 1000, 500, 250, 125 и 62,5 мкг активного вещества в 1 мл питательного бульона.

В работе использованы следующие микроорганизмы: E. coli У13, E. coli 25 Ц 22 АТСС, S. aureus 209 из коллекции кафедры микробиологии, вирусологии и иммунологии ГБОУ ВПО НГМУ.Посевная доза бактерий определялась с использованием стандарта мутности по Mc Farland и соответствовала 10³ микробных клеток, вносимых в объеме 0,1 мл. Инкубация производилась при 37 °С — 24 часа. После инкубации при просмотре посевов определялась минимальная бактериостатическая (ингибирующая) концентрация (МИК) — минимальная эффективная доза, соответствующая отсутствию видимого роста. За минимальную бактерицидную концентрацию (МБК) принималась доза вещества в пробе, при дальнейшем высеве которой по 0,1 мл на плотную питательную среду роста не наблюдалось. Дозы веществ выше 1000 мкг/мл не рассматривались ввиду их малой растворимости. Инкубация производилась при 37° С — 24 часа [4]. Результаты анализировались с использованием программы Statistika 12. Для показателей МИК и количества колонииобразующих единиц были рассчитаны значения средних величин и стандартного отклонения. Достоверность различий определялась по критерию Стьюдента и определялась значениями Р < 0,05.

Результаты исследований. Проведенные исследования показали бактериостатическое действие изучаемых субстанций. Де-Нол подавлял рост культуры E. coli 25 Ц 22 АТСС в дозе 800 ± 273,9 мкг/мл. Оригинальная субстанция задерживала рост E. coli У13, E. coli 25 Ц 22 АТСС и S. aureus 209 соответственно в меньших концентрациях — 700 ± 273,9; 112,4 ± 28,17 и 850 ± 269,3 мкг/мл. Субстанция с крахмалом вызывала видимую задержку роста тех же культур в дозах 900 ± 223,6; 112,4 ± 28,17 и 950 ± 213,8 мкг/мл соответственно. И субстанция с фитокомпозицией проявляла бактериостатические свойства в отношении E. coli 25 Ц 22 АТСС и S. aureus 209 соответственно в дозах 450,0 ± 111,8 и 470,0 ± 115,6 мкг/мл (см. табл.).

Определение бактериостатической активности висмутсодержащих субстанций

Исследуемые вещества МИК (мкг/мл) Де-Нол ОВСС ОВССК ОВССФ
E. coli У13 > 1000 700,0 ± 273,9* 900,0 ± 223,6 > 1000
E. coli 25 Ц 22 АТСС 800,0 ± 273,9 112,4 ± 28,17* 112,4 ± 28,17* 450,0 ± 111,8*
S. aureus 209 > 1000 850,0 ± 269,3 950,0 ± 213,8 470,0 ± 115,6*

Примечание: * — различия по отношению препарата Де-Нол достоверны при Р < 0,05

При высеве проб, полученных при культивировании на питательном бульоне на плотную питательную среду, получились следующие результаты в отношении культуры E. coli У13: для Де-Нола — торможение роста в дозе 1000 мкг/мл до 28000 ± 8369 КОЕ; для ОВСС — отсутствие роста в МБК = 950 ± 215,6 мкг/мл и снижение роста культуры до 158 ± 8,37 КОЕ в дозе 500 мкг/мл, что достоверно отличалось от официального препарата; для ОВССК — снижение роста в дозе 1000 мкг/мл до 200,00 ± 61,24 КОЕ и в дозе 500 мкг/мл — до 23000 ± 6708 КОЕ; ОВССФ снижал рост культуры в дозе 1000 мкг/мл до 14000 ± 4183 КОЕ. Динамика снижения роста показана на рис. 1.

Рис. 1. Динамика подавления роста E. coli У13 висмутсодержащими субстанциями

В отношении культуры E. coli 25 Ц 22 АТСС субстанции оказались более активны. Торможение роста бактерий наблюдалось в меньших дозах (рис. 2).

Рис. 2. Динамика подавления роста E. coli 25Ц22АТСС висмутсодержащими субстанциями

Де-Нол подавлял рост культуры до 42,00 ± 8,37 КОЕ в дозе 1000 мкг/мл; оригинальная субстанция подавляла рост в МБК = 281,0 ± 157,3 мкг/мл до 54,0 ± 11,4 КОЕ и 45000 ± 5000 КОЕ соответственно в дозах 125 и 62,5 мкг/мл, что достоверно отличалось от активности препарата Де-Нол. Субстанция с крахмалом показала МБК = 350,0 ± 136,9 мкг/мл, а рост культуры снижала до 220,00 ± 37,01 КОЕ и 52000 ± 8367 КОЕ в концентрациях 125 и 62,5 мкг/мл. ОВССФ проявила МБК = 450,0 ± 111,8 мкг/мл и снизила рост бактерий до 36400 ± 8944 КОЕ (рис. 2).

Динамику подавления роста культуры S. aureus 209 отражает рис. 3. Препарат Де-Нол в использованных дозах не подавлял рост стафилококковой культуры. ОВСС снижала показатель до 92,0 ± 8,367 КОЕ в дозе 1000 мкг/мл. ОВССК в той же дозе уменьшал рост до 94,0 ± 5,47 КОЕ.

Рис. 3. Динамика подавления роста S. aureus 209 висмутсодержащими субстанциями

Субстанция с фитокомплексом показала активность в МБК = 900 ± 223,6 мкг/мл, а в дозе 500 мкг/мл снижала рост культуры до 780,0 ± 83,67 КОЕ, что достоверно эффективнее в отличие от результатов антибактериального действия других субстанций в тех же дозах. В дозе 1000 мкг/мл оригинальная субстанция и ее производные показали достоверно большую активность по отношению к препарату Де-Нол.

Обсуждение результатов. Особые физико-химические свойства, обусловленные сверхмалыми размерами наночастиц, способны вызывать биологические эффекты, принципиально отличные от эффектов «макроформы» материалов идентичной химической структуры. Биологические эффекты наночастиц определяются их формой, величиной поверхностного заряда, растворимостью в биологических средах, химической реактивностью и другими свойствами [2]. Эти характеристики позволяют объяснить возможность более эффективного антибактериального действия наноразмерных висмутсодержащих субстанций по сравнению с официнальным препаратом Де-Нол.

Проблема чувствительности микроорганизмов к химиотерапевтическим средствам на сегодняшний день воспринимается неоднозначно. Для ее успешного решения необходимо учитывать различные аспекты, в том числе особенности генетической изменчивости, эволюции взаимоотношений микроорганизмов, их приспособительные внутри- и межвидовые реакции [5]. Так, в представленной работе на примере исследования висмутсодержащих субстанций отмечены отличающиеся данные по активности препаратов в отношении двух штаммов E. сoli. Представляет интерес изучение спектра антимикробной активности среди клинических изолятов, выделенных при разной патологии.

Неугасающий интерес вызывают вещества растительного происхождения [6, 7]. Их активность характеризуется многообразием биологических эффектов и механизмов действия. Антимикробные свойства оригинальной висмутсодержащей субстанции могут быть усилены ее комбинированием с другими потенциально активными веществами, в том числе растительного происхождения. В то же время, совместное действие различных препаратов могут приводить как к усилению эффекта, так и к его угнетению или нейтрализации. В исследовании отмечено достоверное усиление антибактериальной активности оригинальной субстанции в отношении S. аureus при комбинации ее с фитокомпозицией, содержащей экстракты коры крушины и корневища аира.

Таким образом, висмутсодержащие субстанции, полученные на основе наночастиц, позволяют рассматривать их как потенциально перспективные антимикробные препараты для дальнейшего изучения.

Выводы

  1. Выявлена антибактериальная активность висмутсодержащих субстанций в отношении условно-патогенных бактерий. Результаты неоднородны и могут меняться в зависимости от используемого штамма микроорганизмов.
  2. Показатели антимикробной активности оригинальной висмутсодержащей субстанции оказались выше по сравнению с препаратом Де-Нол.
  3. Антимикробные свойства оригинальной висмутсодержащей субстанции в отношении S. аureus были усилены путем ее комбинирования с экстрактами коры крушины и корневища аира, что проявилось снижением показателя МИК.

Список литературы

  1. Яковлев С. В. Обоснование антибактериальной терапии нозокомиальных инфекций, вызванных полирезистентными микроорганизмами / С. В. Яковлев, М. П. Суворова // Клин. фармакология и терапия. — 2011. — № 2. — С. 24–34.
  2. Аттестация и применение наночастиц металлов в качестве биологически активных препаратов / И. П. Арсентьева [и др.] // Нанотехника. Спец. вып. «Нанотехнологии-медицине». — 2007. — № 2 (10). — С. 72–77.
  3. Синтез соединений висмута для медицины / Ю. М. Юхин [и др.] // Химия в интересах устойчивого развития. — 2004. — Т. 12. — С. 401–408.
  4. Хабриев Р. У. Руководство по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ / Р. У. Хабриев. — М. : Медицина, 2005. — С. 515–522.
  5. Супотницкий М. В. Механизмы развития резистентности к антибиотикам у бактерий / М. В. Супотницкий // Биопрепараты. — 2011. — № 2. — С. 4–11.
  6. Хаджиева З. Д. Изучение антимикробной активности лекарственных препаратов с фитоэкстрактом / З. Д. Хаджиева, Е. А. Теунова, И. С. Крахмалев // Фундаментальные исследования. — 2010. — № 11. — С. 152–154.
  7. Антимикробное и иммуномодулирующее действие ресвератрол-содержащих растительных экстрактов / О. Л. Коротина [и др.] // Иммунопатология, аллергология, инфектология. — 2013. — № 3. — С. 10–21.

 

Учредитель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новосибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО НГМУ Минздрава России)

Государственная лицензия ФГБОУ ВО НГМУ Минздрава России
на образовательную деятельность:
серия ААА № 001052 (регистрационный № 1029) от 29 марта 2011 года,
выдана Федеральной службой по надзору в сфере образования и науки бессрочно

Свидетельство о государственной аккредитации ФГБОУ ВО НГМУ Минздрава России:
серия 90А01 № 0000997 (регистрационный № 935) от 31 марта 2014 года
выдано Федеральной службой по надзору в сфере образования и науки
на срок по 31 марта 2020 года

Адрес редакции: 630091, г. Новосибирск, Красный проспект, д. 52
тел./факс: (383) 229-10-82, адрес электронной почты: mos@ngmu.ru

Выпуск сетевого издания «Медицина и образование в Сибири» (ISSN 1995-0020)
прекращен в связи с перерегистрацией в печатное издание «Journal of Siberian Medical Sciences» (ISSN 2542-1174) — версию печатного издания «Сибирский медицинский вестник» (ISSN 2541-8289) на английском языке. Периодичность выпуска — 4 раза в год.

Архивы выпусков «Медицина и образование в Сибири» доступны на сайте с 2006 по 2016 годы, а также размещены в БД РИНЦ (Российский индекс научного цитирования) на сайте elibrary.ru.

Средство массовой информации зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) —
Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-69793 от 18.05.2017.

© ФГБОУ ВО НГМУ Минздрава России, 2017



22.05.2017
Сетевое издание «Медицина и образование в Сибири» преобразовано в печатное издание «Journal of Siberian Medical Sciences» — версию печатного издания «Сибирский медицинский вестник» на английском языке. Дата перерегистрации: 18.05.2017. Свидетельство о СМИ: ПИ № ФС 77-69793.
Подробнее >>

03.04.2017
С 2017 года Издательско-полиграфическим центром НГМУ осуществляется выпуск печатного издания «Сибирский медицинский вестник».
Подробнее >>

08.02.2016
Уважаемые авторы! Открыт прием статей во 2-й номер 2016 года (выход номера — середина мая 2016 г.).
Подробнее >>

11.01.2016
Уважаемые авторы! Продолжается прием статей в 1-й номер 2016 года (выход номера — конец февраля 2016 г.).
Подробнее >>

28.12.2015
Уважаемые авторы! Сетевое издание входило в Перечень ВАК до 30 ноября 2015 г. Работа по включению издания в новый Перечень ВАК продолжается.
Информация о формировании Перечня ВАК
Подробнее >>

Архив новостей


Rambler's Top100