Научная статья на тему 'ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОКРЫТИЙ С ОКСИДАМИ СЕРЕБРА И ЦИНКА НА ПОВЕРХНОСТИ НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА ПРОТИВ ГРАМОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ПРОДУЦЕНТОВ КАРБАПЕНЕМАЗ, IN VITRO'

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОКРЫТИЙ С ОКСИДАМИ СЕРЕБРА И ЦИНКА НА ПОВЕРХНОСТИ НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА ПРОТИВ ГРАМОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ПРОДУЦЕНТОВ КАРБАПЕНЕМАЗ, IN VITRO Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

CC BY
11
2
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
серебро / цинк / Спанлейс / карбапенемазы / K. pneumoniae / P. aeruginosa / silver / zinc / Spunlace / carbapenemases / K. pneumoniae / P. aeruginosa

Аннотация научной статьи по биотехнологиям в медицине, автор научной работы — Е М. Гордина, С А. Божкова, Д В. Лабутин, А А. Ерузин, М В. Богма

Цель исследования — оценить антибактериальное действие покрытия с оксидами цинка и серебра на поверхности нетканого материала в отношении карбапенеморезистентных K. pneumoniae и P. aeruginosa. Материалы и методы. Пленки оксидов серебра и цинка осаждались в вакууме методом дугового ионно-плазменного распыления металлической мишени на медицинский нетканый материал, изготовленный по технологии Спанлейс 40 г/м2. Микрозондовый элементный анализ в точках и картирование образцов выполнены на электронном микроскопе Hitachi TM4000Plus, совмещенном с детектором EDS. K. pneumoniae и P. aeruginosa выделяли в соответствии с международными стандартами микробиологических исследований. Идентификацию выполняли методом MALDI-TOF-MS, антибиотикочувствительность оценивали в соответствии с EUCAST. Детекцию генов карбапенемаз осуществляли методом Real-time PCR. Антибактериальную активность образцов в отношении клинических продуцентов карбапенемаз и эталонных штаммов K. pneumoniae и P. aeruginosa регистрировали в жидкой питательной среде, с последующим измерением оптической плотности инкубационных растворов. В течение 72 ч определяли жизнеспособность клеток Vero в присутствии образцов методом MTT с подсчетом живых клеток по их кривой роста. Результаты. Картирование показало равномерное распределение оксидов серебра и цинка по поверхности нетканого материала. Все образцы с экспериментальным покрытием демонстрировали антибактериальное действие в отношении эталонных и клинических штаммов K. pneumoniae и P. aeruginosa (p<0,05). Все включенные в исследование клинические изоляты были устойчивы к меропенему и продуцировали карбапенемазы различных классов. Антибактериальная активность образцов ткани с комплексом ZnO/AgО была одинаково высокой против всех тестируемых культур и не зависела от их антибиотикочувствительности и типа ферментов. Однако, несмотря на выраженные антибактериальные свойства, материал с ZnO/AgО обладал цитотоксическими свойствами. Заключение. Полученные покрытия на основе комплекса ZnO/AgО на нетканом материале демонстрировали высокую антибактериальную активность. Установленная эффективность, а также равномерное распределение частиц металлов по материалу и сохранение антимикробной активности в ходе стерилизации делают перспективными дальнейшие исследования комплекса ZnO/AgО в качестве покрытия перевязочного материала с последующим изучением и поиском методов повышения цитосовместимости разрабатываемых материалов с сохранением их антибактериальных свойств.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биотехнологиям в медицине , автор научной работы — Е М. Гордина, С А. Божкова, Д В. Лабутин, А А. Ерузин, М В. Богма

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

EFFECTIVENESS OF DRESSING CONTAINING SILVER AND ZINC OXIDES AGAINST GRAM-NEGATIVE CARBAPENEMASE PRODUCERS, IN VITRO

The aim of this study was to evaluate the antibacterial effect of a coating with zinc and silver oxides on the surface of nonwoven material against carbapenem-resistant K. pneumoniae and P. aeruginosa. Materials and methods: Films of silver and zinc oxides were deposited in vacuum by arc ion-plasma sputtering of a metal target onto medical nonwoven material made using Spunlace technology 40 g/m2. Microprobe point elemental analysis and sample mapping were performed on a Hitachi TM4000Plus electron microscope combined with an EDS detector. K. pneumoniae and P. aeruginosa were isolated according to international microbiological standards. Identification was performed using MALDI-TOF-MS, and antibiotic susceptibility was assessed according to EUCAST. Detection of carbapenemase genes was carried out using Real-time PCR. The antibacterial activity of the samples against clinical carbapenemase producers and reference strains of K. pneumoniae and P. aeruginosa was recorded in a liquid nutrient medium, followed by measurement of the optical density of the incubation solutions. Within 72 hours, the viability of Vero cells was determined in the presence of samples using the MTT method with counting of living cells according to their growth curve. Results: Mapping showed a uniform distribution of silver and zinc oxides over the surface of the nonwoven material. All experimentally coated samples demonstrated antibacterial activity against reference and clinical strains of K. pneumoniae and P. aeruginosa (p<0.05). All clinical isolates included in the study were resistant to meropenem and produced carbapenemases of various classes. The antibacterial activity of tissue samples with the ZnO/AgO complex was equally high against all tested cultures and did not depend on their antibiotic sensitivity and type of enzymes. However, despite the pronounced antibacterial properties, the material with ZnO/AgO had cytotoxic properties. Conclusion: The ZnO/AgO complex based coating on nonwoven material demonstrated high antibacterial activity. The established efficiency, as well as the uniform distribution of metal particles throughout the material and the preservation of antimicrobial activity during sterilization make promising further studies of the ZnO/AgO complex as a coating for dressing material, followed by the study and search for methods for increasing the cytocompatibility of the developed materials while maintaining their antibacterial properties.

Текст научной работы на тему «ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОКРЫТИЙ С ОКСИДАМИ СЕРЕБРА И ЦИНКА НА ПОВЕРХНОСТИ НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА ПРОТИВ ГРАМОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ПРОДУЦЕНТОВ КАРБАПЕНЕМАЗ, IN VITRO»

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОКРЫТИЙ С ОКСИДАМИ СЕРЕБРА И ЦИНКА НА ПОВЕРХНОСТИ НЕТКАНОГО МАТЕРИАЛА ПРОТИВ ГРАМОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ПРОДУЦЕНТОВ КАРБАПЕНЕМАЗ, IN VITRO

УДК 616-77:615.281-092.4

3.1.9 — хирургия; 03.00.07 — микробиология

Поступила 22.09.2023

Е.М. Гордина1, С.А. Божкова1, Д.В. Лабутин1, А.А. Ерузин2, М.В. Богма2

ПФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Министерства здравоохранения РФ, Санкт-Петербург;

2ОАО «Радиотехкомплект», Санкт-Петербург

Цель исследования — оценить антибактериальное действие покрытия с оксидами цинка и серебра на поверхности нетканого материала в отношении карбапенеморезистентных K. pneumoniae и P. aeruginosa.

Материалы и методы. Пленки оксидов серебра и цинка осаждались в вакууме методом дугового ионно-плазменного распыления металлической мишени на медицинский нетканый материал, изготовленный по технологии Спанлейс 40 г/м2. Микрозондовый элементный анализ в точках и картирование образцов выполнены на электронном микроскопе Hitachi TM4000PLus, совмещенном с детектором EDS. K. pneumoniae и P. aeruginosa выделяли в соответствии с международными стандартами микробиологических исследований. Идентификацию выполняли методом MALDI-TOF-MS, антибиотикочувствительность оценивали в соответствии с EUCAST. Детекцию генов карбапенемаз осуществляли методом ReaL-time PCR. Антибактериальную активность образцов в отношении клинических продуцентов карбапенемаз и эталонных штаммов K. pneumoniae и P. aeruginosa регистрировали в жидкой питательной среде, с последующим измерением оптической плотности инкубационных растворов. В течение 72 ч определяли жизнеспособность клеток Vera в присутствии образцов методом MTT с подсчетом живых клеток по их кривой роста.

Результаты. Картирование показало равномерное распределение оксидов серебра и цинка по поверхности нетканого материала. Все образцы с экспериментальным покрытием демонстрировали антибактериальное действие в отношении эталонных и клинических штаммов K. pneumoniae и P. aeruginosa (p<0,05). Все включенные в исследование клинические изоляты были устойчивы к меропенему и продуцировали карбапенемазы различных классов. Антибактериальная активность образцов ткани с комплексом ZnO/AgO была одинаково высокой против всех тестируемых культур и не зависела от их антибиотикочувствительности и типа ферментов. Однако, несмотря на выраженные антибактериальные свойства, материал с ZnO/AgO обладал цитотоксическими свойствами.

Заключение. Полученные покрытия на основе комплекса ZnO/AgO на нетканом материале демонстрировали высокую антибактериальную активность. Установленная эффективность, а также равномерное распределение частиц металлов по материалу и сохранение антимикробной активности в ходе стерилизации делают перспективными дальнейшие исследования комплекса ZnO/AgO в качестве покрытия перевязочного материала с последующим изучением и поиском методов повышения цитосовместимости разрабатываемых материалов с сохранением их антибактериальных свойств.

Ключевые слова: серебро; цинк; Спанлейс; карбапенемазы; K. pneumoniae; P. aeruginosa.

EFFECTIVENESS OF DRESSING CONTAINING SILVER AND ZINC OXIDES AGAINST GRAM-NEGATIVE CARBAPENEMASE PRODUCERS, IN VITRO

E.M. Gordina1, S.A. Bozhkova1, D.V. Labutin1, A.A. Eruzin2, M.V. Bogma2

Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics, St. Petersburg;

2OJSC "Radiotechkomplekt", St. Petersburg

The aim of this study was to evaluate the antibacterial effect of a coating with zinc and silver oxides on the surface of nonwoven material against carbapenem-resistant K. pneumoniae and P. aeruginosa.

Materials and methods: Films of silver and zinc oxides were deposited in vacuum by arc ion-plasma sputtering of a metal target onto medical nonwoven material made using Spunlace technology 40 g/m2. Microprobe point elemental analysis and sample mapping were performed on a Hitachi TM4000Plus electron microscope combined with an EDS detector. K. pneumoniae and P. aeruginosa were isolated according to international microbiological standards. Identification was performed using MALDI-TOF-MS, and antibiotic susceptibility was assessed according to EUCAST. Detection of carbapenemase genes was carried out using Real-time PCR. The antibacterial activity of the samples against clinical carbapenemase producers and reference strains of K. pneumoniae and P. aeruginosa was recorded in a liquid nutrient medium, followed by measurement of the optical density of the incubation solutions. Within 72 hours, the viability of Vero cells was determined in the presence of samples using the MTT method with counting of living cells according to their growth curve.

Results: Mapping showed a uniform distribution of silver and zinc oxides over the surface of the nonwoven material. All experimentally coated samples demonstrated antibacterial activity against reference and clinical strains of K. pneumoniae and P. aeruginosa (p<0.05). All clinical isolates included in the study were resistant to meropenem and produced carbapenemases of various classes. The antibacterial activity of tissue samples with the ZnO/AgO complex was equally high against all tested cultures and did not depend on their antibiotic sensitivity and type of enzymes. However, despite the pronounced antibacterial properties, the material with ZnO/AgO had cytotoxic properties.

Conclusion: The ZnO/AgO complex based coating on nonwoven material demonstrated high antibacterial activity. The established efficiency, as well as the uniform distribution of metal particles throughout the material and the preservation of antimicrobial activity during sterilization make promising further studies of the ZnO/AgO complex as a coating for dressing material, followed by the study and search for methods for increasing the cytocompatibility of the developed materials while maintaining their antibacterial properties.

Key words: silver; zinc; Spunlace; carbapenemases; K. pneumoniae; P. aeruginosa.

ВВЕДЕНИЕ

Исследование, проведенное в США, показало, что из 750 000 случаев хирургической госпитализации 1% приводил к инфекции области хирургического вмешательства [1]. Несмотря на широкое применение антибиотиков, ряда других средств и методов, количество пациентов с гнойно-воспалительными заболеваниями мягких тканей и гнойными послеоперационными раневыми осложнениями не имеет существенной тенденции к снижению.

Для обеспечения лечебного эффекта поверхность перевязочных материалов модифицируют химическими и/или физическими методами, включая в их состав препараты различного действия. Для уничтожения па-

тогенов на поверхности раны в состав перевязочных материалов добавляют антисептики различных групп (диоксидин, хлоргексидин, капатол, мирамистин), сульфаниламиды, антибиотики (Soframycin dressing, Линко-цел), нитрофураны (Колетекс). Показано, что применение антисептиков для обработки ран обеспечивает снижение количества бактерий в ране приблизительно на 50-70% только на 14-е сутки, а наиболее активных — на 90% [2].

В ответ на частое применение противомикробных средств бактерии, благодаря различным защитным механизмам, приобрели устойчивость к широкому спектру соединений [3]. Многочисленные исследования показывают рост бактериальной резистентности почти ко всем классам антибиотиков, и все чаще ре-

гистрируются устойчивые к лекарственным средствам возбудители. Кроме того, в течение последних лет наблюдается спад в разработке антибиотиков с новыми механизмами действия [3].

Klebsiella pneumoniae и Pseudomonas aeruginosa способны вызывать широкий спектр заболеваний, в том числе инфекции кожи и мягких тканей, включая инфекции в области хирургического вмешательства

[4]. В отношении данных патогенов одними из наиболее активных антибиотиков являются карбапенемы

[5]. Однако представители порядка Enterobacteriales способны противостоять антибактериальным препаратам за счет продукции различных классов карбапенемаз [6]. Наиболее распространенными являются карбапенемазы KPC, GES (класс А) и OXA-48-подоб-ные (OXA-48) (класс D), а также металло^-лактамазы VIM-, NDM- и IMP-типов [7].

Рост количества резистентных к антибиотикам бактерий, неэффективность местной терапии приводят к необходимости поиска и разработки альтернативных средств профилактики и лечения локальных инфекций кожи и мягких тканей, вызванных карбапенем-устойчивыми K. pneumoniae и P. aeruginosa.

Исследования показали, что наночастицы металлов являются многообещающей альтернативой антибиотикам из-за высокой активности против значительного спектра грамположительных и грамот-рицательных бактерий [8, 9]. Серебро и цинк—одни из наиболее широко используемых металлов в различных областях медицины [9-12]. Патогены редко обладают устойчивостью к наночастицам металлов, что, по-видимому, связано со значительным количеством мишеней на поверхности и внутри бактериальной клетки [8, 12]. Соединения серебра способны нарушать метаболические процессы в бактериальной клетке, увеличивать проницаемость цитоплазматической мембраны, взаимодействовать с ДНК и тиоловыми группами остатков ци-стеина, а также ингибировать дыхательную цепь переноса электронов, вызывая гибель микробной клетки [13]. Соединения цинка нарушают биохимические реакции в клетке, включая репликацию ДНК, транскрипцию, трансляцию и передачу сигнала. При этом дефицит цинка ухудшает бактериальную активность и тормозит рост бактерий, а избыток ионов цинка вызывает окислительный стресс с повреждением ДНК, белков и липидов путем ингибирова-ния функции дыхательных ферментов, способствующих образованию свободных радикалов. Такие двойные характеристики, по мнению Wei, наделяют ионы цинка беспрецедентными преимуществами в антибактериальной терапии [11]. Многонаправ-ленность действия частиц металлов и их соединений, в том числе оксидов, потенциально обеспечивает универсальность использования комплексных покрытий как антибактериальных агентов.

Цель исследования — оценить антибактериальное действие покрытия с оксидами цинка и серебра на поверхности нетканого материала в отношении карбапенеморезистентных K. pneumoniae и P. aeruginosa.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Полученные покрытия содержали в своем составе комплекс из двух оксидов — ZnO/AgO. Представлена брутто-формула комплекса с соотношениями компонентов в оксидах, где количество кислорода и металлов переменное. Пленки оксидов осаждались в вакууме на медицинский нетканый материал, изготовленный по технологии Спанлейс (40 г/м2) методом дугового ионно-плазменного распыления металлической мишени. Мощность разряда 1500 Вт.На-пуск реакционного газа в рабочий объем вакуумной камеры — до 1*10-3 мм рт.ст. Одновременная инициация, совмещение и конденсация плазменных потоков AgO и ZnO выполнялись в рабочем объеме вакуумной камеры на поверхность подложки под углом 90 градусов друг к другу. Покрытия имели гексагональную или кубическую, а чаще смешанную структуру. Толщину осаждаемого комплекса ZnO/AgO определяли весовым методом по стеклянному образцу-свидетелю на аналитических весах. Толщина составляла 120-150 нм. Испытание адгезии пленок для стеклянного образца-свидетеля проводили методом решетчатого надреза. Отслоений пленок на получаемых образцах не наблюдали, что позволило не применять дополнительный слой. Сминание гибких подложек не приводило к трещинам в покрытиях, испытание на адгезию не удаляло покрытие, показав, что они равномерно прочны.

Микрофотографии образцов материала с покрытием делали при помощи оптического микроскопа Hirox KH-8700. Микрозондовый элементный анализ в точках и картирование проведены на электронном микроскопе Hitachi TM4000Plus, совмещенном с детектором EDS (метод SEM-EDS). Микропробы помещали на двусторонний проводящий углерод, спектры снимали с пробы без дополнительной пробопод-готовки при ускоряющем напряжении 15 кВ и режиме низкого вакуума, рабочее расстояние около 10,0 мм. Анализы проводили в разных точках по всему образцу путем измерения испускаемого рентгеновского излучения.

Выделение клинических изолятов K. pneumoniae (n=5) и P. aeruginosa (n=5) выполняли в соответствии с международными стандартами микробиологических исследований. Видовую идентификацию осуществляли методом MALDI-TOF-MS с использованием системы FlexControl и программного обеспечения MBT Compass 4.1, Score >2,0. Чувствительность K. pneumoniae изучали к 14 антибактериальным препаратам, P. aeruginosa — к 12 в соответ-

ствии с требованиями EUCAST (2022, v.12.0). В исследование включены штаммы K. pneumoniae и P. aeruginosa с МИК меропенема выше 2 мг/л, выделенные от пациентов с ортопедической инфекцией в 2022 г. Бактериальную ДНК выделяли с использованием набора «ДНК-Сорб-АМ», согласно инструкции производителя (ФБУН ЦНИИЭ, Россия). Детекцию генов карбапенемаз групп KPC/OXA-48 и металло-бета-лактамаз группы NDM осуществляли методом Real-time PCR с использованием наборов реагентов с гибридационно-флуоресцентной детекцией «АмплиСенс MDR KPC/OXA-48-FL» и «АмплиСенс MDR MBL-FL» (Интерлабсервис, ФБУН ЦНИИЭ, Россия) на приборе «Амплификатор Real-time CFX96 Touch» (BioRAD, США).

Антибактериальную активность ткани Спанлейс в отношении K. pneumoniae ATCC 33495 и P. aeruginosa ATCC 27853 определяли путем внесения образцов (1 см2) на бактериальный газон. Затем чашки инкубировали при 37оС и через сутки визуально оценивали наличие зоны подавления роста бактерий вокруг образца. Аналогично оценивали изменения антибактериальной активности образцов после низкотемпературной плазменной стерилизации в STERRAD.

Для регистрации антибактериальных свойств оксидного комплекса на поверхности материала в отношении карбапенем-устойчивых бактерий на образцы размером 1 см2 наносили 50 мкл готовой бактериальной суспензии 0.5 по McF (1*108 КОЕ/мл) и оставляли на 60 мин при комнатной температуре. Через час каждый образец погружали в 3 мл питательной среды LB (в дубликатах). В качестве положительного контроля в LB вносили 50 мкл взвеси бактерий, отрицательный контроль — стерильный LB. Пробирки инкубировали 24 ч при температуре 37оС. Для количественной оценки антибактериальной активности образцов измеряли оптическую плотность (ОП) питательной среды с бактериями в присутствии образцов через сутки инкубации. Из каждой пробирки в лунки 96-луночного плоскодонного планшета вносили по 200 мкл (в 4 повторах). ОП измеряли на спектрофотометре при длине волны 600 нм (Spectrostar Nano). Образцы считали активными в отношении выделенных культур, а штаммы чувствительными к их действию при наличии статистически значимой разницы между значениями ОП инкубационных сред с тестируемыми образцами и положительным контролем. При наличии видимых признаков роста в пробирках для исключения контаминации выполняли посев бульонных культур с последующей идентификацией.

Клетки Vero выращивали в модифицированной среде Dulbecco (DMEM) с высоким содержанием глюкозы, L-глутамина, пирувата натрия, эмбриональной бычьей сыворотки (10%), пенициллина 100 Ед/мл и стрептомицина 100 мг/мл (Capricorn, Германия). Клетки разделяли каждые 72 ч в со-

отношении 1:3. Образцы медицинского нетканого материала Спанлейс плотностью 40 г/м2 размером 1 см2 помещали в 3 мл культуральной среды и инкубировали 24 ч в шейкере (150 об/мин) при +37°C. Полученные экстракты хранили при +4°C. Жизнеспособность клеток оценивали в 96-лу-ночных планшетах после засевания клеток Vero (2000 клеток в лунке). Через 24 ч в лунки добавляли 200 мкл экстракта. Через 72 ч инкубации в лунки вносили раствор 3-(4,5 диметилтиа-зол-2-ил)-2,5-дифенилтетразолия бромида (МТТ) (Merck, Германия) в конечной концентрации 1 мкг/мл и инкубировали 3 ч. Раствор в лунках заменяли на 100 мл ДМСО. После этого планшеты инкубировали еще 5 мин в шейкере 200 об/мин. ОП измеряли на спектрофотометре SPECTROstar Nano. Определяли разницу ОП при длине волны 570 и 640 нм с вычитанием сигнала пустых лунок. Число жизнеспособных клеток определяли с помощью кривой клеточного роста для каждого повторения эксперимента. Для этого параллельно с каждым экспериментом засевали планшет с двукратным разведением клеток в количестве 32 000, 16 000, 8000, 4000 и 2000 в лунке. Определение ОП кривой проводили тем же методом через 24 ч после засевания планшетов. Данные нормализовали и рассчитывали долю жизнеспособных клеток как отношение числа клеток в лунках с образцами к числу в контрольных лунках.

Результаты были проанализированы с помощью программы GraphPad Prism 9.0. Данные представлены в виде средних значений со стандартными отклонениями. Результаты оценивали методом одностороннего дисперсионного анализа ANOVA. Определение (интерполирование) количества клеток проводили методом логистической регрессии. Доли жизнеспособных клеток сравнивали при помощи t-теста Уэлча. Значения p<0,05 считали статистически значимыми.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Образцы медицинского нетканого материала Спанлейс с экспериментальным покрытием демонстрировали антибактериальное действие в отношении K. pneumoniae ATCC 33495 и P. aeruginosa ATCC 27853. Также установлено, что процесс низкотемпературной плазменной стерилизации не снижал активность образцов, и данный метод может быть использован на предварительном этапе подготовки материала. Картирование показало равномерное распределение серебра и цинка по поверхности носителя (рис. 1).

Все включенные в исследование клинические изо-ляты K. pneumoniae (n=5) и P. aeruginosa (n=5) продуцировали карбапенемазы различных классов. Штам-

Рис. 1. А — СЭМ-изображение (со сканирующего электронного микроскопа) области картирования образца с ZnO/ AgО на поверхности носителя. Б — СЭМ-изображение распределения серебра показано желтым цветом, цинка — фиолетовым. С — оптическая микрофотография образца с Zn0/Ag0 на поверхности носителя (Magx420)

Рис. 2. Сравнение средних значений оптической плотности питательной среды с K. pneumoniae (А) или P. aeruginosa (Б) в присутствии образцов с комплексом Zn0/Ag0 и контроля (* — p<0,05)

мы K. pneumoniae продуцировали NDM-карбапене-мазы, один изолят характеризовался наличием двух ферментов из групп OXA-48 и NDM. Четыре из пяти протестированных штаммов P. aeruginosa продуцировали металло-бета-лактамазы группы VIM, один — IMP. Патогены демонстрировали устойчивость практически ко всем антибактериальным препаратам и были отнесены к XDR-фенотипу чувствительности (extensively drug-resistant).

Покрытия с оксидами серебра и цинка на поверхности медицинского нетканого материала Спан-лейс (40 г/м2) демонстрировали выраженную антибактериальную активность против карбапенем-устойчивых K. pneumoniae и P. aeruginosa (рис. 2).

Выявлены значимые различия средних значений оптической плотности среды в опытных и контрольных лунках с клиническими культурами карбапенем-устойчивых штаммов K. pneumoniae и P. aeruginosa (p<0,05). Антибактериальная активность образцов ткани с комплексом ZnO/АдО была одинаково высокой против всех тестируемых культур и не зависела от их антибиотикочувствительности и типа продуцируемых ферментов.

Однако, несмотря на выраженные антибактериальные свойства, материал с ZnO/АдО обладал ци-тотоксическими свойствами (рис. 3).

Жизнеспособность клеток Vero после 72 ч инкубации с экстрактами исследуемых образцов материала была снижена. При этом доля жизнеспособных клеток в случае наличия покрытия на нетканом материале оказалась значительно ниже по сравнению с образцом без него (p=0,03).

ОБСУЖДЕНИЕ

Устойчивость бактерий к противомикробным препаратам представляет собой постоянную глобальную проблему [3]. Оксиды различных металлов, таких как серебро и цинк, могут обеспечить эффективную бактерицидную активность в отношении широкого спектра патогенов при условии использования в достаточном, но при этом безопасном количестве [12, 13]. Полученные нами образцы с комплексом оксидов серебра и цинка характеризовались равномерным покрытием активными компонентами медицинского нетканого материала Спанлейс.

Способность некоторых барьерных повязок с серебром оказывать быстрое бактерицидное действие против устойчивых к антибиотикам бактерий указывает на то, что эти материалы можно применять при лечении местных раневых инфекций, вызванных резистентными бактериями. M. Zhao с соавт. оценили эффективность серебросодержащих повязок в сравнении с другими типами при лечении венозных язв нижних конечностей и показали, что повязки с серебром способствуют заживлению язв за более короткий промежуток времени. Однако авторы отмечают, что необходимы клинические испытания с данными длительного наблюдения, чтобы подтвердить, имеют ли серебросодержащие повязки преимущества в отношении полного заживления ран [14].

Полученные в нашем исследовании результаты говорят о выраженном антибактериальном действии комплекса оксидов серебра и цинка в отношении

карбапенем-устойчивых K. pneumoniae и P. aeruginosa. При этом клинические штаммы характеризовались устойчивостью практически ко всем антибактериальным препаратам и являлись продуцентами различных карбапенемаз. Тестируемый комплекс ZnO/AgO на поверхности медицинского нетканого материала Спанлейс эффективно предотвращал рост культур и оказывал бактерицидное действие вне зависимости от антибиотикочувствительности штаммов. Также не выявлено различий в активности образцов против K. pneumoniae или P. aeruginosa. В исследовании in vitro Hope с соавт. показали, что повязки с частицами серебра демонстрировали высокую эффективность против резистентных к антибиотикам P. aeruginosa и устойчивых к карбапенемам энтеробактерий — продуцентов NDM-1-карбапенемазы [15].

В выполненном исследовании образцы материала с комплексом ZnO/AgO негативно воздействовали на эукариотические клетки. Так, количество клеток снизилось практически на 90%. Следует отметить, что и сам материал без покрытия снижал количество жизнеспособных клеток на 54% в сравнении с контролем, но значимо меньше, чем с покрытием (p=0,03). Аналогичные результаты о цитотоксично-сти повязок с серебром были получены в in vitro исследовании K. Nesporova с соавт., однако авторы отметили сложность экстраполяции результатов эксперимента на культуре клеток в клинические условия. Авторы показали, что количество серебра, попадающего в культуральную среду, варьирует в зависимости от повязки и коррелирует с их токсичностью in vitro. И напротив, антимикробное действие повязок не было связано с количеством серебра, высвобождаемого из повязок [16].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученное нами покрытие на основе комплекса ZnO/AgO на нетканом материале продемонстрировало высокую антибактериальную активность в отношении штаммов K. pneumoniae и P. aeruginosa с экстремальным профилем резистентности. Установленная эффективность, а также равномерное распределение частиц металлов по материалу и сохранение антимикробной активности в ходе стерилизации делают перспективными дальнейшие исследования комплекса ZnO/AgO в качестве покрытия перевязочного материала. Следующие этапы должны включать оценку эффективности опытных образцов в отношении грамположительных возбудителей. Кроме того, установленная на культуре эука-риотических клеток цитотоксичность также требует дальнейшего изучения и поиска методов повышения цитосовместимости разрабатываемых материалов с комплексом оксидов серебра и цинка при сохранении их антибактериальных свойств. Антимикробная активность ионов металлов в составе перевязочных

материалов может не только предупреждать попадание в рану госпитальных штаммов, снижать риск развития инфекции области хирургического вмешательства и связанные с ней экономические затраты, но и демонстрировать эффективность при лечении гнойных ран при отсутствии риска селекции устойчивых к антибиотикам патогенов.

Финансирование исследования. Работа выполнена в рамках Государственного задания № 05600123-21-00 от 23.12.2020. Конфликта интересов не отмечено.

ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES

1. Dumville J.C., Gray T.A., Walter C.J., Sharp C.A., Page T., Macefield R., Blencowe N., Milne T.K., Reeves B.C., Blazeby J. Dressings for the prevention of surgical site infection. Cochrane Database Syst Rev 2016; 12(12): CD003091, https://doi.org/10.1002/14651858.CD003091.pub4.

2. Джанпаизова В.М., Ташменов Р.С., Токсанбаева Ж.С., Аширбеко-ва Г.Ш., Толганбек Н.Н., Шаймаханова А.Н. Бактерицидные текстильные перевязочные материалы на основе наноцитрата серебра. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности 2019; 1: 200-204. Janpaizova V.M., Tashmenov R.S., Toksanbaeva J.S., Ashirbekova G.Sh., Tolganbek N.N., Shaimakhanova A.N. Bactericidal textile treatment materials based on nano citrate silver. Izvestiya Vysshikh uchebnykh zavedenii, seriya teknologiya tekstil'noi promyshlennosti 2019; 1: 200-204.

3. Antimicrobial Resistance Collaborators. Global burden of bacterial antimicrobial resistance in 2019: a systematic analysis. Lancet 2022; 399(10325): 629-655, https://doi.org/10.1016/S0140-6736(21)02724-0.

4. Lasko M.J., Nicolau D.P. Carbapenem-resistant enterobacterales: considerations for treatment in the era of new antimicrobials and evolving enzymology. Curr Infect Dis Rep 2020; 22(3): 6, https://doi. org/10.1007/s11908-020-0716-3.

5. Woodmansey E.J., Roberts C.D. Appropriate use of dressings containing nanocrystalline silver to support antimicrobial stewardship in wounds. Int Wound J 2018; 15(6): 1025-1032, https://doi. org/10.1111/iwj.12969.

6. Яковлев С.В., Суворова М.П., Быков А.О. Инфекции, вызванные карбапенеморезистентными энтеробактериями: эпидемиология, клиническое значение и возможности оптимизации антибактериальной терапии. Антибиотики и химиотерапия 2020; 65(5-6): 41-69, https://doi.org/10.37489/0235-2990-2020-65-5-6-41-69. Yakovlev S.V., Suvorova M.P., Bykov A.O. Infections caused by carbapenem-resistant enterobacterales: epidemiology, clinical significance, and possibilities for antibiotic therapy optimization. Antibiotiki i khimioterapiya 2020; 65(5-6): 41-69, https://doi. org/10.37489/0235-2990-2020-65-5-6-41-69.

7. Adar A., Zayyad H., Azrad M., Libai K., Aharon I., Nitzan O., Peretz A. Clinical and demographic characteristics of patients with a new diagnosis of carriage or clinical infection with carbapenemase-producing enterobacterales: a retrospective study. Front Public Health 2021; 9: 616793, https://doi.org/10.3389/fpubh.2021.616793.

8. Cameron S.J., Hosseinian F., Willmore W. G. A current overview of the biological and cellular effects of nanosilver. Int J Mol Sci 2018; 19(7): 2030, https://doi.org/10.3390/ijms19072030.

9. Talapko J., Matijevic T., Juzbasic M., Antolovic-Pozgain A., Skrlec I.

Antibacterial activity of silver and its application in dentistry, cardiology and dermatology. Microorganisms 2020; 8(9): 1400, https://doi. org/10.3390/microorganisms8091400.

10. Божкова С.А., Гордина Е.М., Марков М.А., Афанасьев А.В., Артюх В.А., Малафеев К.В., Иванькова Е.М. Влияние комбинации ванкомицина с препаратом серебра на длительность антимикробной активности костного цемента и формирование биопленки штаммом MRSA. Травматология и ортопедия России 2021; 27(2): 54-64, https://doi.org/10.21823/2311-2905-2021-27-2-54-64. Bozhkova S.A., Gordina E. M., Markov M.A., Afanasyev A.V., Artyukh V. A., Malafeev K.V., Ivan'kova E. M. The effect of vancomycin and silver combination on the duration of antibacterial activity of bone cement and methicillin-resistant staphylococcus aureus biofilm formation. Travmatologiya i ortopediya Rossii 2021; 27(2): 54-64, https://doi.org/10.21823/2311-2905-2021-27-2-54-64.

11. Wei Y., Wang J., Wu S., Zhou R., Zhang K., Zhang Z., Liu J., Oin S., Shi J. Nanomaterial-based zinc ion interference therapy to combat bacterial infections. Front Immunol 2022; 13: 899992, https://doi. org/10.3389/fimmu.2022.899992.

12. Gammoh N.Z., Rink L.Zinc in infection and inflammation. Nutrients 2017; 9(6): 624, https://doi.org/10.3390/nu9060624.

13. Xu L., Wang Y.Y., Huang J., Chen C.Y., Wang Z.X., Xie H. Silver nanoparticles: synthesis, medical applications and biosafety. Theranostics 2020; 10(20): 8996-9031, https://doi.org/10.7150/ thno.45413.

14. Zhao M., Zhang D., Tan L., Huang H. Silver dressings for the healing of venous leg ulcer: a meta-analysis and systematic review. Medicine (Baltimore) 2020; 99(37): e22164, https://doi. org/10.1097/MD.0000000000022164.

15. Breet, D.W. The in-vitro antibacterial activity of nanocrystalline silver dressings against bacteria with NDM-1 carbapenemase. Am J Infect Control 2013; 41(6): S46-S47, https://doi.org/10.10Wj.ajic.2013.03.098.

16. Nesporova K., Pavlik V., Safrankova B., Vagnerova H., Odraska P., Zidek O., Cisarova N., Skoroplyas S., Kubala L., Velebny V. Effects of wound dressings containing silver on skin and immune cells. Sci Rep 2020; 10(1): 15216, https://doi.org/10.1038/s41598-020-72249-3.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ:

Е.М. Гордина, к.м.н., старший научный сотрудник отделения профилактики и лечения раневой инфекции ФГБУ «НМИЦ ТО им. Р. Р. Вредена», Санкт-Петербург;

С.А. Божкова, д. м. н., заведующая научным отделением профилактики и лечения раневой инфекции и отделением клинической фармакологии, профессор кафедры травматологии и ортопедии ФГБУ «НМИЦ ТО им. Р. Р. Вредена», Санкт-Петербург; Д.В. Лабутин, младший научный сотрудник отделения профилактики и лечения раневой инфекции ФГБУ «НМИЦ ТО им. Р. Р. Вредена», Санкт-Петербург;

Е.А. Ерузин, к.т. н., инженер участка вакуумной металлизации, специалист в области низкотемпературной плазмы ОАО «Радиотехкомплект», Санкт-Петербург; М.В. Богма, к.ф.н., специалист в области низкотемпературной плазмы ОАО «Радиотехкомплект», Санкт-Петербург.

Для контактов: Гордина Екатерина Михайловна, е-mail: [email protected]

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.