CC BY
79
ОЦЕНКА БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ПЕРЕВЯЗОЧНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРНОЙ МАТРИЦЫ И НАНОСТРУКТУРНЫХ ЧАСТИЦ ОКСИГИДРОКСИДА АЛЮМИНИЯ
А.Н. Фоменко1, В.Г. Пехенько2, И.Н. Тихонова1, О.В. Бакина1
’Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск 2ГБОУ ВПО "Сибирский государственный медицинский университет" Минздрава России, Томск
E-mail: [email protected]
BIOLOGICAL EVALUATION OF WOUND DRESSING BASED ON POLYMER MATRICES AND NANOSTRUCTURED PARTICLES OF ALUMINUM OXYHYDROXIDES
A.N. Fomenko1, V.G. Pehenko2, I.N. Tikhonova 1, O.V. Bakina1
’Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Tomsk
2Siberian State Medical University, Tomsk
Представлены результаты исследования биологического действия перевязочного материала на основе микрово-локнистой полимерной матрицы с иммобилизованными наноструктурными частицами оксигидроксида алюминия, модифицированными коллоидным серебром. При исследовании перевязочного материала и его компонентов не было обнаружено токсического, раздражающего и аллергизирующего действия по отношению к лабора-
торным животным и куриным эмбрионам (КЭ).
Ключевые слова: перевязочный материал, оксигидроксид алюминия, коллоидное серебро, токсичность, куриный эмбрион, лабораторные животные.
The article presents data on biological effects of a dressing based on a microfiber polymer matrix with immobilized aluminum oxyhydroxide nanoparticles modified with colloidal silver. Experimental application of the dressing and its components in laboratory animals and chicken embryos revealed no toxic, irritant, or allergic reactions.
Key words: dressing, aluminum oxyhydroxide, colloidal silver, toxicity, chicken embryos, laboratory animals.
Введение
С развитием нанотехнологий появилась возможность создавать материалы с уникальными свойствами [7, 9] на основе наноразмерных и наноструктурных частиц, что открывает широкие перспективы их применения, в том числе и в медицине: для транспорта лекарственных средств, в шовных и перевязочных материалах, для создания биосовместимых имплантов и др. В связи с этим существенное значение имеет комплексная оценка биологического действия наноматериалов медицинского назначения на здоровье человека. Как правило, исследование биологического действия изделий и материалов медицинского назначения проводят по утвержденным методикам [4, 5], которые могут быть также использованы для оценки биологического риска наноструктурных материалов [1, 12].
Одним из таких материалов является новый перевязочный материал на основе микроволокнистой полимерной матрицы с иммобилизованными частицами наноструктурного оксигидроксида алюминия, модифицированными коллоидным серебром, полученным по методике, представленной в работе [2]. В ранее проведенных исследованиях [10, 11] было установлено, что перевязочный материал обладает высокими сорбционными характеристиками и антимикробной активностью. Однако компоненты перевязочного материала могут обладать различным биологическим действием на живые организмы.
Цель работы: исследование острой токсичности, ал-лергизирующего и раздражающего действия перевязочного материала и активного компонента - наноструктурного оксигидроксида алюминия с адсорбированными частицами коллоидного серебра.
Материал и методы
Согласно классификации, в зависимости от продолжительности и вида контакта [4] для оценки биологического действия перевязочного материала использовали методы исследования кратковременного эффекта (острая токсичность, раздражающее действие на кожу, глаза и слизистые оболочки) и отдаленного или специфического токсического эффекта (аллергизирующее действие, тератогенность).
В качестве объектов исследования использовали образцы перевязочного материала (ПМ), порошок оксигидроксида алюминия (ОГА), а также ОГА, модифицированный частицами коллоидного серебра [ОГА^)].
Исследование токсического действия наноструктурного ОГА и ОГА^) проводили на куриных эмбрионах (КЭ) и лабораторных животных по методикам, изложенным в литературе [8, 13].
Исследование острой токсичности на КЭ. Для изучения влияния порошка оксигидроксида алюминия на живой организм использовали 9-дневные КЭ. КЭ просвечивали на овоскопе и определяли расположение воздушного мешка, затем специальным устройством делали отверстие в скорлупе со стороны воздушного мешка диаметром 1-2 мм. Соблюдая условия стерильности, вводили в аллантоисную полость КЭ по 1 мл стерильной суспензии ОГА или ОГА^). Содержание порошка ОГА в суспензии составило 0,005; 0,01; 0,02 г/мл, что соответствует содержанию ОГА на площади перевязочного материала 1,3; 2,7 и 5,3 см2 соответственно. При этом содержание серебра во вводимых дозировках суспензии ОГА^) составляло 0,003; 0,006 и 0,012 мг соответственно. После введения суспензии отверстие в скорлупе закрывали стерильным расплавленным парафином, и КЭ инкубировали в термостате при 37±1 °С. В качестве контроля использовали КЭ, в которые вводили по 1 мл стерильного физиологического раствора, а также эмбрионы, с которыми не проводили никаких манипуляций. Через 72 и 120 ч КЭ вскрывали и проводили визуальный осмотр их физиологического состояния по сравнению с контрольными, а затем взвешивали с точностью до 0,1 г.
Оценка острой токсичности на лабораторных животных. Эксперименты проводили на белых нелинейных мышах массой 19-21 г и белых нелинейных крысах массой 180-200 г. Порошок ОГА вводили мышам и крысам внутрижелудочно с помощью зонда однократно в максимально допустимой дозе 10000 мг/кг. Длительность эксперимента составляла 2 недели с ежедневным контролем состояния животных.
Исследование токсического действия перевязочного материала проводили на лабораторных животных по методикам, представленным в литературе [5].
Исследование раздражающего действия на кожу. Образец материала размером 1х1 см для мышей и 2х2 см для крыс фиксировали лейкопластырем на участке кожи спины, с которого предварительно удаляли волосяной покров. Контрольной группе животных накладывали такого же размера марлевую повязку. Время экспозиции составляло 8 и 24 ч. После удаления повязки наблюдение за животными продолжали в течение 14 дней. В качестве параметров острой токсичности рассматривалась реакция кожи в местах применения ПМ, число павших и выживших животных.
Исследование раздражающего действия на глаза. Эксперимент заключался в закапывании по 0,1 мл вытяжки из образца ПМ в нижний конъюнктивальный мешок левого глаза каждого кролика. В правый глаз закапывали по 0,1 мл стерильного физиологического раствора (контроль). Вытяжку получали путем экстракции в течение
Таблица 1
Влияние ОГА и ОГА(Ад) на развитие КЭ
<Е
О
ш і_о
£ II
го лз
ср І
о -о ^о1-0
а £."
-Огога § -
сао^
* о .о -ф
си и ^ и
СО СО
* *
* О
Ю ^
Тл в
О) У о ^
-п
ЙІ 15 ^ ґО
?гош х- ^ 2
о
С О) ^ X х-° оХІ
^сига
Юси о си
слгои
.— т И
* О .о -ф
Ф и о и со со
е
<
г?
о
!■ л 2 ^
3 5 И
х °. -3
СОґО _
го щ .о
<^Эх
СР-ОҐО
а.)
хОО
сито^
*
С^О-&
о^ и
Ей £
I ш
ГО СО
си
72 ч при 37 °С исследуемого образца площадью 6 см2 в 2 мл стерильного физиологического раствора для однократного применения и площадью 15 см2 в 5 мл стерильного физиологического раствора - для многократного применения.
После однократного воздействия оба глаза животного осматривали через 1, 24, 48 и 72 ч. Многократное воздействие на глаза проводили в течение 14 суток. Оба глаза животного осматривали непосредственно сразу и через один час после каждой процедуры.
Оценку аллергизирующего действия ПМ проводили по известным методикам [5, 13].
Метод накожных аппликаций. За день до начала эксперимента у морских свинок на участках кожи площадью 30х30 мм тщательно выстригали шерсть. Для местных аппликаций прикладывали образцы ПМ размером 25х25 мм на участок боковой поверхности туловища морских свинок, пропитывая их стерильным физиологическим раствором, для более плотного прилегания фиксировали повязкой Повязку и пропитанные образцы ПМ снимали через 6 ч. Указанную процедуру повторяли 3 раза с интервалом в одну неделю после проведения каждой аппликации. Контрольным животным проводили подобные аппликации со стерильным медицинским бинтом, пропитанным физиологическим раствором.
Через 14 дней после последней аппликации у животных проводили провокационную пробу. На участок кожи животного накладывали образцы ПМ размером 25х25 мм, пропитанные стерильным физиологическим раствором, и фиксировали повязкой. Повязку и пропитанные образцы материала снимали через 6 ч. Через 24 ч после провокационной пробы производили удаление шерсти у всех животных на подопытных участках и окружающей их коже с помощью депиля-тора. Состояние исследуемых участков оценивали через 2 ч после описанной выше процедуры удаления шерсти. Осмотр повторяли через 48 ч после провокационного воздействия.
Постановка конъюнктивальной пробы на кроликах. Конъюнктивальное тестирование проводили на 5-й день после завершения цикла сенси-
Таблица 2
Влияние ОГА на лабораторных животных
Вид животных Масса, г Доза препарата, мг/кг Состояние животных
Мыши 19-20 10000 - все особи живые - двигательная активность не изменилась - реакция на тактильные, болевые, звуковые, световые раздражители адекватная - состояние волосяного и кожного покрова, окраска слизистых оболочек
Крысы 150-200 в норме - судорог, нарушения движения, тонуса скелетных мышц не наблюдалось
билизирующих воздействий ПМ на кожу кроликов [5]. Тест заключался в закапывании в левый глаз каждого животного опытной группы по 0,1 мл вытяжки из ПМ в нижний конъюнктивальный мешок глаза, в правый глаз - физиологического раствора в том же объеме. В нижний конъюнктивальный мешок левого глаза каждого животного контрольной группы закапывали по 0,1 мл вытяжки из марлевого медицинского бинта, а в нижний конъюнктивальный мешок правого глаза - физиологический раствор в том же объеме. Вытяжку из ПМ получали путем экстракции исследуемого образца площадью 30 см2 в 10 мл стерильного физиологического раствора, а вытяжку из марлевого медицинского бинта - с площади 60 см2 в 10 мл стерильного физиологического раствора в течение 72 ч при 37 °С [5]. Оценка состояния конъюнктивы глаза проводилась через 15 мин, 24 и 48 ч.
Результаты и обсуждение
КЭ является моделью для проведения исследований по токсичности лекарственных препаратов, химических веществ и др., т.к. представляет собой быстро развивающийся чувствительный организм, и любое токсическое воздействие неблагоприятно сказывается на его росте, развитии органов и тканей [8].
Проведенные исследования на КЭ показали (табл. 1), что в исследованных значениях концентраций вводимой суспензии ОГА не было выявлено нарушений роста и развития КЭ: эмбриональное развитие идет по нормальному жизненному циклу, нет видимых нарушений в формировании органов и оперения. Другие результаты были получены при введении в Кэ суспензии порошка ОГА^). Наблюдалось замедление роста массы эмбрионов, отсутствие оперения на ранних этапах эмбрионального развития и, кроме того, частичная гибель эмбрионов при всех вводимых дозах порошка ОГА^). Безусловно, гибель и изменения в развитии КЭ связаны с влиянием серебра на формирование зародыша. В литературе представлено достаточно много данных по исследованию токсического действия различных форм (ионов и коллоидных растворов) серебра на человека и животных [3, 14], однако неясно, происходит ли изменение токсического действия серебра при его нахождении в составе ОГА^). К 120 ч экспозиции КЭ, на которые воздействовали ОГА.^), не отличались от контрольных групп КЭ. Возможно, происходит адаптация эмбрионов к ОГА^), при этом оставшиеся в живых КЭ развиваются нормально, что говорит об отсутствии патологического воздействия на сформи-
рованный организм КЭ.
При исследовании острой токсичности ОГА на лабораторных животных оказалось, что при однократном введении внутрижелудочно в дозе 10000 мг/кг препарат не вызывает гибели, патологических и поведенческих изменений у животных в течение 14 дней наблюдений (табл. 2).
Таким образом, ОГА и ОГА^) обладают низкой токсичностью по отношению к КЭ и лабораторным животным. Согласно нормативной документации [6], наноструктурный ОГА и ОГА^) можно отнести к IV классу опасности - “вещества малоопасные”.
Оценку раздражающего действия ПМ проводили при накожном применении и по раздражающему действию водной вытяжки из него на глаза кроликов.
Исследование раздражающего действия на кожу. Полученные результаты показали, что после однократного и многократного воздействия ПМ на кожу лабораторных животных не наблюдалось развития покраснения или отека кожи на месте аппликации исследуемого материала через 1, 24, 48 и 72 ч. Реакция кожи в местах аппликаций исследуемого материала не отличалась от контроля.
Исследование раздражающего действия на глаза. После однократной инстилляции вытяжки из ПМ в глаза кроликов не наблюдалось наличия отечности, гиперемии, выделений. Состояние конъюнктивы не отличалось от ин-тактного контроля и соответствовало физиологической норме. При многократной инстилляции вытяжки из ПМ в глаза кроликов наблюдались такие же результаты, как и при однократной инстилляции.
Таким образом, при однократном и многократном воздействии вытяжки из ПМ на глаза лабораторных животных, а также при накожном применении ПМ не выявлено ярко выраженного раздражающего действия.
Исследование аллергизирующего действия ПМ на лабораторных животных показало следующие результаты:
1. Реакция кожи (метод накожных аппликаций) в местах аппликаций ПМ не отличалась от контрольной группы. Проведение провокационной пробы после 14 дней аппликации ПМ не вызвало патологических кожных реакций у опытных и контрольных животных через 24 и 48 ч наблюдения.
2. После инстилляции вытяжки из исследуемого ПМ и марлевого бинта в глаза кроликов (конъюнктивальная проба) не наблюдалось наличия отечности, гиперемии, выделений. Состояние конъюнктивы не отличалось от интактного контроля (физиологический
раствор) и соответствовало физиологической норме. Полученные данные по изучению аллергизирующе-го действия ПМ и вытяжек из него свидетельствуют об отсутствии патологических изменений со стороны кожных покровов и слизистой оболочки глаз у лабораторных животных.
Таким образом, проведенные исследования показали, что исследованный ПМ в целом и его компоненты - наноструктурные ОГА и ОГА^) являются малоопасными веществами, не обладают выраженным раздражающим и аллергизирующим действием. Серебро в концентрациях, добавляемых в ПМ для придания ему антибактериальных свойств, оказывает слабое токсическое действие на КЭ и не представляет опасности для лабораторных животных. Полученные результаты позволяют рекомендовать ПМ для проведения клинических испытаний.
Выводы
1. Оксигидроксид алюминия в исследованных дозировках не оказывает токсического действия на развитие и формирование КЭ, тогда как оксигидроксид алюминия, модифицированный частицами коллоидного серебра, обладает низкой токсичностью, что проявляется в замедлении развития КЭ на ранних этапах формирования.
2. Оксигидроксид алюминия при однократном введении лабораторным животным в дозе 10000 мг/кг обладает низкой токсичностью и относится к IV классу опасности - “вещества малоопасные”.
3. Перевязочный материал и вытяжки из него в изученных дозировках и в выбранных условиях экспериментов не обладают аллергизирующим и раздражающим действием.
Работа выполнена при финансовой поддержке ГК 14.527.12.0001.
Авторы статьи выражают благодарность сотрудникам ГБОУ ВПО СибГМУ Минздрава России и Института фармакологии РАМН за проведение исследований на экспериментальных животных.
Литература
1. Андреев Г.Б., Минашкин В.М., Невский И.А. и др. Материалы, производимые по нанотехнологиям: потенциальный риск при получении и использовании // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева). - 2008. - Т. 52, № 5. - С. 32-38.
2. Бакина О.В., Глазкова Е.А., Ложкомоев А.С. и др. Модифицирование наноструктурного оксигидроксида алюминия частицами коллоидного серебра // Перспективные материалы. - 2011. - № 6. - С. 47-52.
3. Благитко Е.М., Бурмистров В.А., Колесников А.П. и др. Серебро в медицине. - Н. : Наука-Центр, 2004. - 254 с.
4. ГОСТ Р ИСО 10993.1-99 “Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий” [Электронный ресурс] // Библиотека ГОСТов : сайт. - 2012. - ШЬ http://vsegost.com/Catalog/27/27531.shtml (дата обращения
07.11.2012).
5. ГОСТ Р ИСО 10993.10-99 “Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий”: “Иссле-
дование раздражающего и сенсибилизирующего действия” [Электронный ресурс] // Библиотека ГОСТов : сайт. - 2012.
- URL: http://vsegost.com/Catalog/38/38093.shtml (дата обращения 07.1l.2O12).
6. ГОСТ 12.1.007-76 “Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности” [Электронный ресурс] // Библиотека ГОСТов : сайт. - 2012. - URL: http://vsegost.com/ Catalog/10/1048.shtml (дата обращения 07.11.2012).
7. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. - М. : Бином. Лаборатория знаний, 2007. - 134 с.
8. МУК 4.1/4.2.588-96. Методы контроля медицинских иммунобиологических препаратов, вводимых людям [Электронный ресурс] // Гарант - информационно-правовой портал : сайт. - 1996. - URL: http://base.garant.ru/4175747 (дата обращения 07.11.2012).
9. МУ 1.2.2635-10. Медико-биологическая оценка безопасности наноматериалов [Электронный ресурс] // База ГОСТ : сайт. - 2010. - URL: http://support.support.support. support.w.findex.su/?globalid=37418 (дата обращения
07.11.2012).
10. Серова А.Н., Пехенько В.Г, Тихонова И.Н. и др. Адсорбционная и поглотительная способность сорбционного материала, включающего наноструктурный оксигидроксид алюминия // Сибирский медицинский журнал (Томск). - 2012.
- № 2. - С. 127-131.
11. Серова А.Н., Пехенько В.Г, Тихонова И.Н. и др. Антимикробная активность перевязочного материала, импрегнирован-ного коллоидным серебром // Сибирский медицинский журнал (Томск). - 2012. - № 3. - С. 137-141.
12. Толстикова Т.Г., Морозова Е.А., Хвостов М.В. и др. Изучение биобезопасности нановеществ и наноматериалов // Химия в интересах устойчивого развития. - 2010. - № 18. -С. 527-534.
13. Хабриев Р.У. Руководство по экспериментальному доклиническому изучению новых фармакологических веществ. -М. : Медицина, 2005. - 832 с.
14. Щербаков А.Б и др. Препараты серебра: вчера, сегодня и завтра // Фармацевтичний журнал. - 2006. - № 5. - С. 4557.
Поступила 21.01.2013
Сведения об авторах
Фоменко Алла Николаевна, инженер лаборатории физикохимии высокодисперсных материалов ИФПМ СО РАН.
Адрес: 634021, г. Томск, пр. Академический, 2/4. E-mail: [email protected].
Пехенько Владимир Григорьевич, канд. мед. наук, доцент кафедры микробиологии ГБОУ ВПО СибГМУ Минздрава России.
Адрес: 634050, г. Томск, Московский тр., 2.
E-mail: [email protected].
Тихонова Ирина Николаевна, ведущий технолог лаборатории физикохимии высокодисперсных материалов ИФПМ СО РАН.
Адрес: 634021, г. Томск, пр. Академический, 2/4. E-mail: [email protected].
Бакина Ольга Владимировна, инженер лаборатории физикохимии высокодисперсных материалов ИФПМ СО РАН.
Адрес: 634021, г. Томск, пр. Академический, 2/4. E-mail: [email protected].
