ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ АНТИМИКРОБНЫХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ НАНОЧАСТИЦ МЕДИ И ОКСИДОВ МЕДИ

Невежина А.В.; Фадеева Т.В.

микробиология и вирусология microbiology and virology

перспективы создания антимикробных препаратов на основе наночастиц меди и оксидов меди

резюме

Невежина А.В., Фадеева Т.В.

ФГБНУ «Иркутский научный центр хирургии и травматологии» (664003, г. Иркутск, ул. Борцов Революции, 1, Россия)

Автор, ответственный за переписку: Невежина Анна Владимировна,

e-mail: [email protected]

Распространение полирезистентных к современным антимикробным препаратам штаммов микроорганизмов по-прежнему остаётся актуальной проблемой лечения и профилактики инфекционных заболеваний и общественного здравоохранения в целом.

В настоящее время активно изучается возможность применения нано-препаратов металлов в различных областях медицины. Наночастицы металлов и оксидов металлов являются перспективными антимикробными агентами и вызывают растущий интерес благодаря своей эффективности. Металлические частицы меди в наномасштабе продемонстрировали высокую антимикробную активность против различных видов грамполо-жительных и грамотрицательных бактерий, а также грибков. Учитывая потенциал наночастиц меди и её оксидов в противомикробной терапии, мы представляем обзор современного состояния исследований, связанных с их антимикробными свойствами, рассмотрением механизмов действия, ключевых факторов, влияющих на антимикробную активность, в том числе полимерной матрицы. Рассмотрены вопросы токсичности и устойчивости к меди. Показано преимущество наночастиц меди и оксидов меди перед другими металлическими наночастицами.

Обобщённые в этом обзоре исследования показали перспективность наночастиц меди в создании новых антимикробных препаратов, которые в будущем могут быть использованы для контроля, профилактики и лечения различных заболеваний.

Ключевые слова: медь, оксиды меди, наночастицы, нанокомпозиты, антимикробная активность, патогенные микроорганизмы, цитотоксичность

Статья получена: 20.10.2021 для цитирования: Невежина А.В., Фадеева Т.В. Перспективы создания антимикроб-

Сшья принята: 03.12.2021 ных препаратов на основе наночастиц меди и оксидов меди. Acta biomedica scientifica.

Статья опубликована: 28.12.2021 2 021; 6(6-2): 37-50. doi: 10.29413/ABS.2021-6.6-2.5

prospects for the creation of antimicrobial preparations based on copper and copper oxides nanoparticles

ABSTRACT

Nevezhina A.V., Fadeeva T.V.

Irkutsk Scientific Centre of Surgery and Traumatology (Bortsov Revolyutsii str. 1, Irkutsk 664003, Russian Federation)

Corresponding author: Anna V. Nevezhina,

e-mail: [email protected]

The spread of strains of microorganisms that are multidrug resistant to modern antimicrobial drugs is still an urgent problem in the treatment and prevention of infectious diseases and public health in general.

Currently, the possibility of using metal nanopreparations in various fields of medicine is being actively studied. Nanoparticles of metals and metal oxides are promising antimicrobial agents and are attracting growing interest due to their effectiveness. Nanoscale copper metal particles have shown high antimicrobial activity against various types of gram-positive and gram-negative bacteria, as well as fungi. Taking into account the potential of copper nanoparticles in antimicrobial therapy, we present an overview of the current state of research related to their antimicrobial properties, consideration of the mechanisms of action, key factors affecting antimicrobial activity, including the polymer matrix. The issues of toxicity and resistance to copper are considered. The advantage of copper nanoparticles over other metal nanoparticles is shown.

The studies summarized in this review have shown the promise of copper nanoparticles in the creation of new antimicrobial drugs that can be used in the future to control, prevent, and treat various diseases.

Key words: copper, copper oxides, nanoparticles, nanocomposites, antimicrobial activity, pathogenic microorganisms, cytotoxicity

Received: 20.10.2021 Accepted: 03.12.2021 Published: 28.12.2021

For citation: Nevezhina A.V., Fadeeva T.V. Prospects for the creation of antimicrobial preparations based on copper and copper oxides nanoparticles. Acta biomedica scientifica. 2021; 6(6-2): 37-50. doi: 10.29413/ABS.2021-6.6-2.5

введение

В связи с необходимостью профилактики и лечения заболеваний, вызванных патогенными и условно-патогенными микроорганизмами, без использования антибиотиков образовалось инновационное направление разработки наноматериалов с антимикробными свойствами. Нанокомпозиты являются многообещающей альтернативой антибактериальным препаратам, поскольку обладают рядом антимикробных механизмов, включая нарушение клеточной мембраны, диффузию и разрушение внутренних компонентов клетки, таких как ДНК, РНК и ферменты, а также высвобождение ионов с антимикробной активностью. В настоящее время известно множество наночастиц металлов, обладающих антибактериальным действием, например Ag, Au, Cu, Zn, Fe, Mn и др. [1]. Чаще всего в нано-композитах используют эти металлы или же их оксиды, реже - эти металлы в других химических соединениях, например Ag2S, AgNO3. Кроме того, становятся популярны разработки многокомпонентных материалов путём комбинирования различных наночастиц или наночастиц оксидов металлов, которые приводят к более высокой антибактериальной активности, чем отдельные компоненты, и при гораздо более низких концентрациях [1, 2].

Наиболее распространёнными являются наноком-позиты с наночастицами серебра, благодаря своим эффективным антимикробным свойствам и низкой токсичности для клеток животных. Также успешно подавляют рост бактерий нанокомпозиты с частицами меди. Препараты на основе меди широко используются против целого ряда микроорганизмов, вызывающих заболевания. Имеются исторические свидетельства использования меди человеческими цивилизациями в качестве антибактериального агента задолго до научного этапа развития микробиологии [3]. Медь имеет ряд преимуществ, она недорога и имеется на Земле в достаточном количестве, что позволяет производить из неё множество материалов. К тому же медь обладает низкой токсичностью по сравнению с другими металлами, так как в низких концентрациях медь участвует в метаболических процессах [4].

Медь необходима для большинства организмов в качестве кофактора ключевых ферментов, участвующих в фундаментальных процессах [5]. Медьзависи-мые ферменты во всех таксономических группах действуют в различных процессах, включая окислительное фосфорилирование (цитохромоксидаза), гомеостаз железа (церулоплазмин, гефестин), пигментацию (тиро-зиназа, лакказа), дисмутацию супероксида (суперок-сиддисмутазы) и образование соединительной ткани (лизилоксидазы) [6]. Медь используется иммунной системой хозяина для уничтожения бактерий, так как способна усиливать окислительный стресс в макрофагах, а дефицит меди приводит к угнетению иммунитета [7]. В исследовании поверхностей с противомикробным покрытием против S. aureus, E. coli и L. monocytogenes медь продемонстрировала больший антимикробный

потенциал, чем серебро, цинк и титан [8]. Было показано, что наночастицы меди имеют более высокое сродство к аминам и карбоксильным группам и показывают более высокую плотность на поверхности B. subtilis, чем наночастицы серебра, что приводит к более высокой антимикробной активности. Существуют данные, которые подтверждают вывод о том, что медь лучше действует на B. subtilis по сравнению с наночастицами серебра, но не на S. aureus и E. coli [9]. Медь способна проявлять антибактериальные свойства как в аэробной, так и в анаэробной среде [10]. Наночастицы Cu проявляют большую антибактериальную активность, чем наночастицы CuO, что может быть связано с лучшим переносом электронов между бактериями и наночастицами Cu [11].

Необходимость создания новых антимикробных наноматериалов широкого спектра действия без использования классических антибиотиков на основе нанопрепаратов меди и её оксидов, несомненно, важна. Мы представляем обзор современного состояния исследований, связанных с их антимикробными свойствами. В этом обзоре обобщены и обсуждаются предлагаемые механизмы, лежащие в основе их антибактериальной активности. Также отмечены закономерности антимикробной активности наночастиц меди и оксидов меди от их размера, формы, морфологии, концентрации и других факторов, в том числе полимерной матрицы. Уделено внимание исследованиям по стабилизации наночастиц полимерными матрицами, позволяющими эффективно избегать образования «белковой короны», также экологичному «зелёному» биосинтезу наночастиц, в котором компоненты биологически активных веществ являются стабилизаторами. Рассмотрены и проанализированы вопросы токсичности и устойчивости к меди, особенно связанные с механизмами действия, цитосовместимости.

механизмы антимикробной активности нанокомпозитов меди и её оксидов

Существуют несколько объяснений взаимодействия наноматериалов с микробами, однако механизмы, ответственные за антимикробные свойства металлических наноматериалов, не до конца изучены. Эти механизмы могут быть направлены на несколько участков-мишеней, таких как клеточная мембрана, мембраносвя-занные белки, нуклеиновые кислоты, а также на ингиби-рование активности ферментов [12]. Антибактериальная активность нанокомпозитов меди является комбинацией различных механизмов и схожа с действием нанокомпозитов других металлов.

Исследования показывают, что антибактериальная активность наночастиц (Nps) на основе меди намного превосходит антибактериальную активность обычной поверхности меди, в основном из-за небольшого размера (высокая площадь поверхности по сравнению с объёмом) и более высокой проникающей спо-

собностью в микробную стенку [12]. Известно, что ионная форма меди Cu+ значительно более бактерицидна, чем Cu2+, благодаря своей способности свободно проникать через бактериальные мембраны и инакти-вировать внутриклеточные кластеры железа и серы [13]. Основной антимикробной стратегией меди и на-ночастиц меди является так называемое «контактное уничтожение», при котором происходит контакт Cu-содержащих поверхностей или Cu-NPs, высвобождающих ионы меди, c микробной поверхностью [3]. Хотя единого мнения относительно точных последовательных событий «контактного уничтожения» не существует, известно, что высвобожденные ионы меди продуцируют активные формы кислорода (АФК) на поверхности бактерий и приводят к разрушению клеточной мембраны (денатурация белков в бактериальной мембране вызывает бактериолитический эффект). Кроме того, высвобождаемые из наночастиц ионы меди, имеющие положительный заряд, могут связываться с отрицательно заряженными компонентами клеточной стенки посредством электростатических взаимодействий, которые изменяют заряд мембраны, разрушая её [14]. Также при контакте острых граней наночастицы с мембраной клетки происходит её механическое повреждение. Достигнув мембраны, наночастицы могут проникать в цитоплазму за счёт эндоцитоза или прямой диффузии [4]. Затем, после проникновения ионов через клеточную мембрану, происходит генерация АФК с последующим повреждением ДНК, белков, митохондрий, липидов и мембран, что в итоге приводит к гибели клетки [2]. Предполагается, что в аэробных условиях медь катализирует образование гидроксильных радикалов посредством реакций Фентона, вызывая металл-индуцированный окислительный стресс. Первоначально эта реакция была открыта при окислении железа (II) перекисью водорода до железа (III) с образованием гидроксильного радикала и гидроксид-иона. На сегодняшний день известно и описано, что реакция Фентона возможна с другими металлами, в том числе медью, кобальтом, никелем [15]. Ионы меди могут также конкурировать с ионами других металлов за сайты связывания с белками, что приводит к нарушению функции белка [16]. Одной из важнейших клеточных мишеней АФК является ДНК. Окисление оснований, особенно гуанина, может быть мутагенным [17]. Наночастицы оксидов меди (CuO и Cu2O) так же первоначально повреждают клеточную оболочку посредством «контактного уничтожения». Дальнейший механизм повреждения может различаться для CuO-NPs и Cu2O-NPs. В исследовании Meghana S. et al. в качестве главного механизма токсичности Cu2O по отношению к E. coli было обнаружено образование комплекса Cu (I) с пептидами. В этом случае Cu2O инактивировал фумаразу А. Такой механизм не наблюдался в случае с CuO, а ключевым механизмом токсичности этого оксида была генерация свободных радикалов. В сравнительном исследовании Cu2O-NPs оказались более эффективны против E. coli, чем CuO-NPs [13]. Это свидетельствует о её тесной связи со степенью окисления оксидов меди.

факторы, влияющие на антимикробную активность наночастиц меди и её оксидов

Антибактериальная способность нанокомпозитов меди тесно связана с морфологией наночастиц, т. е. размером и формой, скоростью высвобождения ионов из матрицы, площадью поверхности матрицы [18], а также свойствами среды (pH, температура и т. д.).

Влияние размера и формы наночастиц и pH среды на противомикробные свойства. Наночастицы - это частицы размером не более 100 нм. Согласно имеющимся данным, чем меньше наночастицы, тем большей антимикробной активностью они обладают. Это может быть связано с тем, что уменьшение размера частиц приводит увеличению числа поверхностных атомов, что приводит к более эффективному контакту клетки с частицами и к более высокой вероятности проникновения их в клетку [19]. Однако существует ряд исследований, вносящих противоречие в это предположение. Например, при исследовании действия наночастиц меди (Cu-NPs) на X. oryzae было выявлено, что оптимальный размер наночастиц, при котором наблюдалась лучшая антибактериальная эффективность, составлял 28 нм, а наночастицы большего (33 нм) и меньшего (18 нм, 24 нм) размера были менее эффективны [20]. Вероятно, это может быть следствием других различных механизмов взаимодействия клетки и нанокомпозита. По данным S. Zhang et al., существует оптимальный радиус наночастиц для эндоцитоза, одного из важнейших механизмов проникновения наночастиц в клетку, который находится в диапазоне 25-30 нм [21]. А при взаимодействии меньших размеров наночастиц (10 нм) с бактериальной мембраной более важную роль играет гидрофобный или гидрофильный характер наночастицы и клеточной поверхности, что подробно разобрано в обзоре L. Tamayo et al. [4]. Немаловажную роль в эффективности нанокомпозита играет форма наночастиц. В настоящее время успешно проводится синтез наночастиц меди с различной формой, таких как сферы, пятиугольники, кубы, тетраэдры, октаэдры и др. Было выявлено, что наночастицы треугольной формы проявляют лучшую активность в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, чем сферические, поскольку их острые края могут легче проникать через клеточные мембраны [2]. В другом исследовании сравнивали наноча-стицы с различной формой и не обнаружили существенной разницы в антибактериальных свойствах, хотя было показано, что наночастицы с формой листов и цилиндров имеют гораздо большую площадь контакта для разрушения мембран, чем сферы [22].

При различных значениях pH один и тот же нано-композит или наночастица может проявлять различный антибактериальный эффект. Помимо наночастиц матрица тоже может обладать антимикробным эффектом. К примеру, хитозан обладает антимикробной активностью в кислой среде [23]. В недавнем исследовании наблюдали значительный рост эффективности наночастиц Cu2O в слабокислой среде, по сравнению с нейтральной и слабощелочной [24]. В другом исследовании наночастиц CuO выявили аналогичную зависимость от pH [25].

Влияние гидрофильности и гидрофобности наноком-позитов на противомикробные свойства. В зависимости от типа поверхности гидрофобность клетки может повышать склонность микроорганизмов к адгезии. Более гидрофобные клетки сильнее прилипают к гидрофобным поверхностям, тогда как гидрофильные клетки прочнее прикрепляются к гидрофильным поверхностям. С одной стороны, гидрофобные клетки лучше прилипают к нано-композитам с гидрофобной поверхностью, что может повысить антибактериальную эффективность. С другой, они способны вызывать коррозии и образовывать трудно разлагаемые биоплёнки, к тому же они могут легко накапливаться на органических загрязнителях и разлагать их [26].

Улучшенная гидрофильность и смачиваемость на-номатериала обеспечивают возможность самоочищения покрытий и делают покрытия менее подверженными загрязнению бактериями и другими загрязняющими веществами [27]. Также было показано, что повышенная гидрофильность наноматериала может эффективно предотвращать адгезию бактерий и рост биоплёнок [28]. Недавние исследования показали, что супергидрофобные поверхности обладают значительным антибактериальным потенциалом и при контроле коррозионной стойкости и смачиваемости супергидрофобной медной подложки появляется возможность поддерживать бактерицидное действие медных подложек в течение длительного времени, одновременно избегая чрезмерной коррозионной деградации и выделения ионов меди в окружающую среду [29].

В настоящее время многие исследования направлены на разработку средств, ингибирующих и разрушающих биоплёнку. Согласно данным, около 80 % микробных инфекций человека являются результатом образования биоплёнок [30]. Одна из стратегий предотвращения бактериальной колонизации поверхностей - создание супергидрофобных поверхностей, обладающих «эффектом лотоса». Благодаря сочетанию контролируемой шероховатости поверхности и покрытий с низкой поверхностной энергией супергидрофобные поверхности отталкивают жидкости, самоочищаются и предотвращают образование биоплёнок [31]. Показано, что за счёт увеличения гидрофильных характеристик матрицы можно улучшить высвобождение ионов из полимерных композитов [32].

Стабилизация наночастиц полимерными матрицами. «Зелёный» синтез. Одной из основных проблем при использовании наночастиц является их стабилизация. Сохранение определённых свойств наночастиц, таких как состав, форма, размер, степень агрегации, является первоочередной задачей при создании нанокомпози-тов. В настоящее время появляется всё большее количество исследований по созданию различных альтернативных полимерных матриц, защищающих нанокомпозиты от окисления, ограничивающих их адгезию, усиливающих антимикробные свойства и продлевающих срок их действия. В качестве матриц для наночастиц меди используются различные полимеры, которые могут быть синтетическими (сополимер бутиленадипата с терефталатом, полистирол, полипропилен и др.) и природного происхождения (полисахариды, целлюлоза, крахмал, хитозан

и др.). Часто при контакте с биологической средой нано-материалы способны взаимодействовать с биомолекулами, особенно с белками, что приводит к образованию так называемой «белковой короны», в результате чего свойства наноматериала изменяются, снижается противоми-кробная эффективность и возникает иммунный ответ [33]. В настоящее время ведётся поиск матриц, эффективно избегающих образования «белковой короны». Как правило, гидрофобный наноматериал больше подвержен адсорбированию белков, чем гидрофильный [34].

В последнее время набирает популярность «зелёный» синтез, ключевыми факторами которого являются экологичность конечного продукта и использование экологически безопасного процесса. Поскольку область «зелёной» нанотехнологии является относительно новой, проблема заключается в контроле размера и морфологии наночастиц из-за различных характеристик и составов биологических сред, используемых во время синтеза. Для «зелёного» синтеза используют бактерии, грибы, дрожжи, водоросли или растения, которые способны за счёт своих метаболических процессов восстанавливать ионы металлов с образованием наночастиц металлов. Наиболее широко рассматриваются растения из-за наличия эффективных фитохимических веществ в различных растительных экстрактах, особенно в листьях, таких как кетоны, альдегиды, флавоноиды, амиды, терпеноиды, кар-боновые кислоты, фенолы и аскорбиновая кислота, которые играют большую роль в восстановлении ионов меди и стабилизируют наночастицы меди и оксидов меди [35].

зависимость противомикробных свойств наночастиц от типа микроорганизмов

Наночастицы меди проявляют выраженное бактери-остатическое и бактерицидное действие. Многочисленные предыдущие исследования показали, что нанокомпозиты с наночастицами меди обладают антимикробной активностью в отношении многих грамположительных и грамотрицательных видов бактерий, среди которых E. coli, E. faecalis, S. mutans, S. aureus, P. aeruginosa, B. subtilis, но не проявляют активности против A. baumannii [36]. Также сообщалось об эффективных противогрибковых свойствах, в числе которых C. albicans и A. niger [37]. CuO-NPs проявляют антимикробную активность в отношении различных типов грамотрицательных, грамположительных бактерий и патогенных грибов, включая E. coli, S. aureus и C. albicans [37]. Cu2O-NPs проявляют сильную антимикробную активность против как грамположительных (B. subtilis CN2), так и грамотрицательных (P. aeruginosa CB1) бактерий с минимальной ингибирующей концентрацией 62,5 мкг/мл при pH 5 [24]. В другом исследовании Cu2O-NPs показали отличную антибактериальную активность против как грамположительных (S. aureus), так и грамотрицательных (E. coli) штаммов бактерий [38].

Антибактериальная активность нанокомпозитов меди и оксидов меди в зависимости от типа матрицы, размера и формы наночастиц суммирована в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1

НАНОКОМПОЗИТЫ МЕДИ И ОКСИДОВ МЕДИ, И ИХ АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ

TABLE 1

COPPER AND COPPER OXIDES NANOCOMPOSITES AND THEIR ANTIBACTERIAL EFFECT

NPs*

Форма и размер наночастиц (D, нм)

Матрица*

Штаммы

Антимикробный эффект

Ссылка

СиО

Си

СиО

PANI

Си Си СиО

Си СиО

Полусферическая (35-11 нм) PCL

Сферическая (4-46 нм)

Cu, Си,О

СиО

Сферическая Си (26 нм), полиэдрическая Си20 (80-160 нм)

Нанолисты СиО на плёнке BC/GO-CuO. СиО с диапазоном длин 50-200 нм и шириной от 20-50 нм

Полусферическая (35 нм)

Сферическая (6,0 ± 0,2 нм)

Сферическая (37 нм)

РВАТ

ВС/GO

PCL

PANI

С. albicans (АТСС MYA-2876),

С. glabrata (АТСС 2001) и С. tropicalis (АТСС 750)

Е. coli, Р. aeruginosa и S. aureus

A. baumannii (ABA 538), Е. faecalis (6.4), S. aureus (АТСС) и S. mutans (АТСС 25175)

S. aureus (АТСС 6538), В. subtilis, E. coli (DH5a), P. aeruginosa (NCTC 2000)

E. coli (ATCC25922), S. mutans (ATCC25175), K. oxytoca (ATCC13182), S. aureus (ATCC25923), P. aeruginosa (ATCC27853), B. subtilis (ATCC19163)

E. coli (ATCC 25922), S. aureus (ATCC 25923) C. albicans (ATCC 10259)

Глицерин-

поливиниловый E. faecalis (CCM 4424), E. coli (DBM 3138) спирт

Рост С. albicans и С. glabrata подавлялся на 53 % при концентрации 200 мМ CuO-NPs, в то время как С. tropicalis - до 59 %.

Значения МИК и МВС Cu-NPs + С против Е. coli, Р. aeruginosa и S. aureus составляли 7,5, 7,5,11,25 мкг/мл и 22,5,11,25 и 30 мкг/мл соответственно

В концентрации 3 % Cu-NPs и Cu20-NPs в РВАТ активны против Е. faecalis, S. mutans, S. aureus, но не против А. baumannii

ВС / GO-CuO-NPs показал антимикробную активность против всех штаммов в концентрации от 5 %

Лучшие результаты ингибирования PCL-CuO-NPs были против P. aeruginosa (МИК 25 мМ). К. oxytoca и S. aureus показали только небольшую зону ингибирования при концентрации 200 мМ CuO-NPs. Ингибирования других протестированных бактерий было незначительным ни при какой концентрации PCL-CuO-NPs

Уменьшение на 99,9 % Е. coli и S. aureus и уменьшение количества грибов (97,9%) с PANI-Cu-NPs при максимальной концентрации 20 ррт

Ингибирование роста бактерий наблюдали при концентрациях PVA-Cu-NPs 2,5-10 мг/мл

Стержнеобразная (40 ±10 нм) Хитозан

Е. coli (АТСС 35218),S. aureus (АТСС 25923) МИК 100 мкг/мл (1,57 мМ) в медь-хитозановом композите

Сферическая (103,65 нм)

Сферическая (250 нм)

Без матрицы Т. rubrum Покрытые

аскорбиновой С. albicans кислотой

Форма не приведена (26 нм) RGO

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Е. coli

Наивысшая эффективность ингибирования роста наблюдалась при высокой концентрации (100 мкг/мл) и длительном времени воздействия (3 часа)

МИК 500 мкг/мл

МИК 240 мкг/мл

[39]

[40]

[36]

[41]

[42]

[43]

[44]

[45]

[46]

[47]

[48]

Примечание. NPs - наночастицы; PCL - поликапролактон; С - углерод; РВАТ - полибутиленадипаттерефталат; BC/G0 - бактериальная целлюлоза/оксид графе на; PANI - полианилин; RG0 - графен оксид восстановленный.

Также на антимикробный потенциал нанокомпози-тов влияет толщина клеточной стенки микроорганизмов. Структуры клеточной стенки грамотрицательных бактерий и грамположительных бактерий существенно различаются. Стенка грамположительных бактерий содержит толстый слой пептидогликана, присоединённого к тейхоевой кислоте. У грамотрицательных бактерий клеточная стенка состоит из тонкого слоя пептидогликана и внешней мембраны, а между клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной есть свободное пространство. Более толстый слой пептидогликана у грамположительных бактерий определяет их более высокую устойчивость к нанокомпозитам. Это согласуется с рядом данных о том, что нанокомпозиты меди показывают высокую антибактериальную активность против грамотрицательных, но не против грамположительных бактерий [4]. Клеточная стенка дрожжей состоит из внешних сло-ёв, обогащённых маннопротеинами (гликозилирован-ными полипептидами), и внутреннего слоя, обогащён-ного хитином, полисахаридами, которые создают поли-сахаридный матрикс, составляющих основу каркаса [43].

Кроме того, большую озабоченность вызывают грибковые инфекции, особенно в виде внутрибольнич-ных инфекций. Грибковые инфекции могут приводить к заболеваемости и смертности, особенно у пациентов с ослабленным иммунитетом, при иммуносупрессии из-за диабета, у реципиентов трансплантатов органов. Как и в случае с бактериями, многие грибы могут создавать биоплёнки [14].

В исследовании наночастиц CuO было показано слабое влияние на виды Candida [49]. В другом исследовании свойства наночастицы CuO были улучшены интеграцией в полимерные матрицы (PCL-CuO-NPs) и обладали значительным противогрибковым действием на виды C. albicans, C. glabrata и C. tropicalis [39]. В исследовании фунгистатической активности наночастиц CuO сферической формы размером от 20 до 180 нм против T. rubrum и их наивысшая эффективность ингибирования роста наблюдалась при высокой концентрации (100 мкг/мл) и длительном времени воздействия (3 часа) [46]. Результаты другого исследования показали, что наночастицы Cu эффективны в борьбе с устойчивыми к флуконазолу C. albicans (МИК и МБК Cu-NPs против C. albicans составляли 2,5 и 5 мг/мл соответственно) [50]. Сферические наночастицы меди, покрытые аскорбиновой кислотой, диаметром 250 нм проявляли устойчивую противогрибковую активность против C. albicans через 24 и даже 48 часов инкубации (МИК 500 мкг/мл) [47]. Существенный ингибирую-щий эффект наблюдался на скорость роста A. niger при различных концентрациях наночастиц Cu. Наночастицы Cu показали более сильную противогрибковую активность, чем CuSO4 при одних используемых концентрациях [51].

устойчивость микроорганизмов к меди

Различные микроорганизмы успешно адаптировались к присутствию нескольких металлов за счёт исполь-

зования механизмов устойчивости к металлам, кодируемых хромосомами, плазмидами или транспозонами, и поэтому гены устойчивости могут очень эффективно передаваться другим членам сообщества. Когда уровни концентрации металлов слишком высоки, бактерии обычно реагируют экспрессией специфических систем устойчивости к металлам, таких как АТФазы P-типа, ме-таллотионеины, насосы оттока RND и/или переносчики CDF [52]. Основные механизмы толерантности к меди у бактерий включают:

1) трансмембранный экспорт меди, происходящий из цитоплазмы в периплазматическое пространство или во внеклеточную среду;

2) связывание меди металлотионеинами;

3) окисление Cu (I) мультиоксидазами меди с образованием менее токсичного иона Cu (II) [6].

Гены, обеспечивающие устойчивость бактерий к меди, часто присутствуют в плазмидах и организованы в оперон. Устойчивость к меди кодируется генами cop (copA, copB, copC и copD) и генами pco (pcoA, pcoB, pcoC и pcoD). Традиционная система Cop/Pco состоит из семи белков, CopABCDERS. CopA - АТФаза P-типа, которая перекачивает Cu (I) из от цитоплазмы к периплазме [53]. Другой ген copA, кодирующий мультиоксидазу меди, широко присутствует в штаммах Cu-резистентных бактерий и может представлять собой маркер для изучения Cu-резистентности у бактерий [54]. CopD и CopB представляют собой белки внутренней и внешней мембраны соответственно. CopE представляет собой растворимый белок, который связывает Cu (I) и предположительно связывает медь в периплазме. CopC считается периплазматическим шапероном меди. Белки PcoABCD гомологичны белкам CopABCD, но первоначально были идентифицированы на плазмидах [53]. Система Cus (чувствительность к Cu) воспринимает медь и запускает последующую внутриклеточную активность по её удалению. Эту систему белков у грамотрицательных бактерий также называют системой оттока и системой устойчивости, потому что она считывает количество меди и экспортирует её, чтобы продлить жизнь бактерий в присутствии Cu-атаки со стороны макрофагов хозяина [55].

Металлотионеины широко распространены среди эукариот, однако они также были обнаружены у некоторых прокариот, включая цианобактерии, псевдомонады и микобактерии. Их роль заключается в связывании, изоляции и буферизации избытка внутриклеточного металла. Бактериальные металлотионеины известны с середины 1980-х годов, но до недавнего времени обнаруживались только в грамотрицательной цианобактерии Synechococcus как белок SmtA, участвующий в де-токсикации цинка. Недавно также было доказано присутствие металлотионеинов в S. choleraesuis и многих бактериях рода Pseudomonas. Присутствие металлотионеинов в M. tuberculosis может играть ключевую роль в вирулентности этих бактерий. Эти бактерии способны накапливать от 20 до 500 мМ Cu в микобактериальных фагосо-мах [56]. В дрожжах эти белки так же обеспечивают защиту от токсичности меди за счёт хелатирования избыточных ионов меди в клетке, например, два металлотионе-

ина CUP1 и Crs5 микроскопического грибка S. cerevisiae преимущественно связываются с медью, а также способны связываться с ионами цинка и кадмия [56].

Из устойчивой к меди E. coli, выделенной от свиней, получавших пищу с добавлением сульфата меди, была выделена плазмида pRJ 1004. Эта плазмида придаёт устойчивость к солям меди благодаря плазмид-ным генам устойчивости к меди pco. Штаммы E. coli, несущие детерминант pco, могут переносить примерно в пять раз более высокие концентрации ионов меди, чем штаммы дикого типа. Были сообщения об устойчивости к меди у множества видов бактерий, в том числе X. campestris [57], K. aerogenes [58], S. pneumonia [59]. Некоторые из механизмов устойчивости пассивны. Так, у K. aerogenes, вероятно, он связан с высокими уровнями внеклеточного полисахарида, продуцируемого этими штаммами [6]. Многочисленными исследованиями установлена роль антиоксидантных ферментов микроорганизмов в защите от окислительного стресса. Например, считается, что стафилоксантин - пигмент, покрывающий бактерию S. aureus, - в первую очередь отвечает за защитный механизм бактерии, обеспечивающий её устойчивость к атаке активных форм кислорода [43], что может дополнительно влиять на устойчивость к воздействию наночастиц меди. Ряд ферментов могут превращать АФК в менее токсичные продукты. Среди наиболее важных из них - каталазы, пероксиредокси-ны и супероксиддисмутазы, а также глутатион и связанная с ним система ферментов [17].

токсичность наночастиц меди и оксидов меди

Медь, как менее токсичный элемент, оказывает серьёзное токсическое воздействие только при высоких концентрациях. Токсичность нанокомпозитов на основе меди зависит от состава и характеристик матрицы, размера и морфологии, и факторов окружающей среды. В настоящее время токсические эффекты меди и её соединений хорошо изучены, однако продолжаются исследования токсических эффектов меди в форме наночастиц. Токсичность меди в организме обусловлена с её свободной фракцией, не связанной с церуло-плазмином [60]. Нарушения метаболизма меди приводят к тяжёлым метаболическим синдромам, таким как болезнь Вильсона (избыток меди) и Менкеса (недостаток меди). Смертельная доза проглоченной меди составляет от 10 до 20 г [61]. Мишенями для острого токсикоза медью являются желудочно-кишечный тракт, печень, почки, органы кроветворения, сердечно-сосудистая система и ЦНС. Сообщений о скелетно-мышечных, кожных, окулярных, иммунологических, канцерогенных, репродуктивных нарушений у людей после перорально-го приёма солей меди, даже при высоких концентрациях, очень мало [62].

Желудочно-кишечный тракт является основным регулятором гомеостаза меди, так как около 50 % меди выводится с желчью, а оставшаяся половина выводится че-

рез другие желудочно-кишечные выделения [63]. Приём внутрь более 1 г сульфата меди вызывает симптомы отравления. Сульфат меди увеличивает уровни апопто-за, старения, митохондриальной дисфункции и экспрессию нескольких стрессовых белков [63]. Наночастицы CuO цитотоксичны по отношению к клеткам кишечника крысы в концентрации более 5 мкг/мл после 4- и 24-часового воздействия и человека в концентрации более 5 мкг/мл после 24-часового воздействия, причём в клетках крысы наночастицы CuO показали большую цито-токсичность, чем CuSO4. В этом же исследовании показали, что наночастицы Cu2O-PVP (поливинилпирроли-дон) могут образовывать растворимую медь, тогда как наночастицы CuO остаются неизменными. Данные свидетельствуют о том, что наночастицы Cu2O-PVP токсичны из-за их растворения и преобразования в ионы Cu, тогда как наночастицы CuO обладают цитотоксичностью, не растворяясь с образованием ионов Cu [64].

В исследовании влияния добавления препаратов меди в пищу крыс в дозировке 6,5 мг/кг было выявлено, что наночастицы Cu по сравнению с CuS и CuCO3 вызвали более низкую экскрецию Cu с фекалиями и мочой, увеличили накопление Cu в ткани мозга и вызывали некротические поражения печени [65].

Сравнительное исследование на крысах наночастиц (25 нм) и микрочастиц меди (14-25 мкм) in vivo показало, что наночастицы Cu вызывали повреждение эритроцитов, тимуса, селезёнки, печени и почек при дозе

> 200 мг/кг в сутки, но микрочастицы не вызывали каких-либо побочных эффектов даже в самой высокой дозе

> 400 мг/кг в сутки. Авторы полагают, что большая площадь поверхности и высокая растворимость в физиологической среде наночастиц напрямую повлияли на токсикологические реакции и биораспределение при перо-ральном введении [66].

По данным I. Na и D.C. Kennedy, тестируемые на клеточных линиях человека (HepG2 A549 и SH-SY5Y) наночастицы меди размером 40-60 нм были более цитотоксич-ными, чем наночастицы меньшего или большего размера. Эти частицы легче поглощались клетками и демонстрировали различную динамику стабильности в средах для культивирования клеток. Ещё неясно, почему наночастицы среднего размера проявляют такие свойства по сравнению как с более крупными, так и с более мелкими частицами [67].

При изучении влияния наночастиц Cu на крысах было показано снижение уровня ядерных рецепторов, что привело к значительному снижению мРНК и активности печёночных ферментов CYP450. Молекулярные механизмы, ответственные за эти токсические эффекты, включают сигнальные пути NF-kB, MAPK и STAT5 [68].

При одном и том же уровне дозы биологически синтезированные CuO-NPs вызывали более сильные токсические эффекты, чем химически синтезированные CuO-NPs [69].

Все данные предоставляют новые доказательства того, что существует острая необходимость предотвращения неблагоприятного воздействия наночастиц меди и оксидов меди на макроорганизм. Стабилизированные

матрицами наночастицы показывают более эффективные биоцидные свойства, а модифицированное высвобождение ионов позволяет уменьшать цитотоксичность. Цито-токсичность меди наблюдалась как при физиологических, так и при патологических условиях, поэтому существуют перспективы создания лекарств от рака на основе меди, которые вызывают апоптотический ответ в раковых клетках. Например, наночастицы альбумина в качестве носителей для Cu-NPs подавляли жизнеспособность раковых клеток и в то же время были менее токсичны для нормальных клеток, чем «чистые» Cu-NPs [70].

заключение

Таким образом, представленные в данном обзоре ведущие достижения в области разработки наноком-позитных материалов меди с подтверждёнными высокими антимикробными свойствами показали перспективность создания на их основе новых универсальных лекарственных средств, успешного их использования в противомикробной терапии различных заболеваний, а также создания изделий медицинского назначения (им-плантаты, антибактериальные покрытия и т. д.) и систем целенаправленной доставки лекарственных средств. Наночастицы меди и её оксида представляют большой интерес из-за проявления каталитической, антибактериальной и противогрибковой активности наряду с низкой цитотоксичностью в различных областях применения.

Вместе с тем, с целью лучшего понимания их биологических, в том числе антибактериальных свойств, требуется продолжение исследований в этой области. В сравнении с другими, особенно серебряными наночастицами, а также частицами других благородных металлов, медные на сегодняшний день менее исследованы. Точный механизм действия наночастиц меди и её оксидов на микро-и макроорганизм нуждается в дальнейшем изучении. Недостаточно исследований в отношении токсичности наночастиц, особенно связанных с механизмами действия. Необходимо пополнение экспериментальных данных in vivo об их антимикробной активности с учётом возможного токсического действия на живые ткани, клетки человека.

Необходимо также продолжение и стимулирование исследований в области «зелёного» синтеза - биологического метода получения металлических наночастиц из солей металлов с использованием в качестве восстанавливающих и стабилизирующих агентов экстрактов растений, которые могут стать альтернативой существующим на данный момент современным антимикробным препаратам.

конфликт интересов

Авторы данной статьи заявляют об отсутствии конфликта интересов.

литература

1. Мелешко А.А., Афиногенова А.Г., Афиногенов Г.Е., Спиридонова А.А., Толстой В.П. Антибактериальные неорга-

нические агенты: эффективность использования многокомпонентных систем. Инфекция и иммунитет. 2020; 10(4): 639-654. doi: 10.15789/2220-7619-AIA-1512

2. Diez-Pascual AM. Antibacterial action of nanoparticle loaded nanocomposites based on graphene and its derivatives: A mini-review. Int J Mol Sci. 2020; 21(10): 3563. doi: 10.3390/ ijms21103563

3. Mitra D, Kang ET, Neoh KG. Antimicrobial copper-based materials and coatings: Potential multifaceted biomedical applications. ACS Appl Mater Interfaces. 2020; 12(19): 21159-21182. doi: 10.1021/acsami.9b17815

4. Tamayo L, Azocar M, Kogan M, Riveros A, Paez M. Copper-polymer nanocomposites: An excellent and cost-effective biocide for use on antibacterial surfaces. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2016; 1(69): 1391-1409. doi: 10.1016/j.msec.2016.08.041

5. Dennison C, David S, Lee J. Bacterial copper storage proteins. J Biol Chem. 2018; 293(13): 4616-4627. doi: 10.1074/jbc. TM117.000180

6. Ladomersky E, Petris MJ. Copper tolerance and virulence in bacteria. Metallomics. 2015; 7(6): 957-964. doi: 10.1039/c4mt00327f

7. Stafford SL, Bokil NJ, Achard ME, Kapetanovic R, Schem-bri MA, McEwan AG, et al. Metal ions in macrophage antimicrobial pathways: Emerging roles for zinc and copper. Biosci Rep. 2013; 33(4): e00049. doi: 10.1042/BSR20130014

8. Akhidime ID, Saubade F, Benson PS, Butler J, Olivier S, Kelly P, et al. The antimicrobial effect of metal substrates on food pathogens. Food Bioprod Process. 2019; 113: 68-76. doi: 10.1016/ j.fbp.2018.09.003

9. Sanchez-Sanhueza G, Fuentes-Rodriguez D, Bello-Toledo H. Copper nanoparticles as potential antimicrobial agent in disinfecting root canals. A systematic review. Int J Odontostomat. 2016; 10(3): 547-554. doi: 10.4067/S0718-381X2016000300024

10. Macomber L, Imlay JA. The iron-sulfur clusters of dehydratases are primary intracellular targets of copper toxicity. Proc Natl Acad Sci USA. 2009; 106(20): 8344-8349. doi: 10.1073/ pnas.0812808106

11. Vimbela GV, Ngo SM, Fraze C, Yang L, Stout DA. Antibacterial properties and toxicity from metallic nanomaterials. Int J Nanomedicine. 2017; 12: 3941-3965. doi: 10.2147/IJN.S134526

12. Pinto RJB, Daina S, Sadocco P, Neto CP, Trindade T. Antibacterial activity of nanocomposites of copper and cellulose. Biomed Res Int. 2013; 2013(1-2): 280512. doi: 10.1155/2013/280512

13. Meghana S, Kabra P, Chakraborty S, Padmavathy N. Understanding the pathway of antibacterial activity of copper oxide nanoparticles. RSC Advances. 2015; 5(16): 12293-12299. doi: 10.1039/C4RA12163E

14. Cheeseman S, Christofferson AJ, Kariuki R, Cozzolino D, Daeneke T, Crawford RJ, et al. Antimicrobial metal nanomaterials: From passive to stimuli-activated applications. Adv Sci (Weinh). 2020; 7(10): 1902913. doi: 10.1002/advs.201902913

15. Pham AN, Xing G, Miller CJ, Waite TD. Fenton-like copper redox chemistry revisited: Hydrogen peroxide and superoxide mediation of copper-catalyzed oxidant production. JCatal. 2013; 301: 54-64. doi: 1016/j.jcat.2013.01.025

16. Ma Y, Chen Y, Huang J, Zhang Z, Zhaoet D, Zhang X, et al. A novel colloidal deposition method to prepare copper nanopar-ticles/polystyrene nanocomposite with antibacterial activity and its comparison to the liquid-phase in situ reduction method. Chem Pap. 2020; 74: 471-483. doi: 10.1007/s11696-019-00888-6

17. Fang FC. Antimicrobial actions of reactive oxygen species. mBio. 2011; 2(5): e00141-11. doi: 10.1128/mBio.00141-11

18. Yang Z, Hao X, Chen S, Ma Z, Wang W, Wang C, et al. Long-term antibacterial stable reduced graphene oxide nanocomposites loaded with cuprous oxide nanoparticles. J Colloid Interface Sci. 2019; 533: 13-23. doi: 10.1016/j.jcis.2018.08.053

19. Zakharova OV, Godymchuk AY, Gusev AA, Gulchenko SI, Vasyukova IA, Kuznetsov DV. Considerable variation of antibacterial activity of Cu nanoparticles suspensions depending on the storage time, dispersive medium, and particle sizes. BiomedRes Int. 2015; 2015(3): 412530. doi: 10.1155/2015/412530

20. Majumdar TD, Singh M, Thapa M, Dutta M, Mukherjee A, Ghosh CK. Size-dependent antibacterial activity of copper nanoparticles against Xanthomonas oryzae pv. oryzae - A synthetic and mechanistic approach. Colloids Interface Sci Commun. 2019; 32: 100190. doi: 10.1016/j.colcom.2019.100190

21. Zhang S, Li J, Lykotrafitis G, Bao G, Suresh S. Size-dependent endocytosis of nanoparticles. Adv Mater. 2009; 21: 419-424. doi: 10.1002/adma.200801393

22. Yao D, Guo Y, Chen S, Tang J, Chen Y. Shaped core/shell polymer nanoobjects with high antibacterial activities via block copolymer microphase separation. Polymer. 2013; 54(14): 34853491. doi: 10.1016/j.polymer.2013.05.005

23. Usman M, El Zowalaty M, Shameli K, Zainuddin N, Sala-ma M, Ibrahim NA. Synthesis, characterization, and antimicrobial properties of copper nanoparticles. Int J Nanomedicine. 2013; 8: 4467-4479. doi: 10.2147/IJN.S50837

24. Bezza FA, Tichapondwa SM, Chirwa EMN. Fabrication of monodispersed copper oxide nanoparticles with potential application as antimicrobial agents. Sci Rep. 2020; 10: 16680. doi: 10.1038/s41598-020-73497-z

25. Hsueh YH, Tsai PH, Lin KS. pH-dependent antimicrobial properties of copper oxide nanoparticles in Staphylococcus aureus. Int J Mol Sci. 2017; 18(4): 793. doi: 10.3390/ijms18040793

26. Krasowska A, Sigler K. How microorganisms use hydro-phobicity and what does this mean for human needs? Front Cell Infect Microbiol. 2014; 4: 112. doi: 10.3389/fcimb.2014.00112

27. Chen Y, Ding Y, Zheng J. A polymer nanocomposite coating with enhanced hydrophilicity, antibacterial and antibiofouling properties: role of polymerizable emulsifier/anionic ligand. Chem Eng J. 2019; 379: 122268. doi: 10.1016/j.cej.2019.122268

28. He M, Wang Q, Zhao W, Zhao C. A substrate-independent ultrathin hydrogel film as an antifouling and antibacterial layer for a microfiltration membrane anchored via a layer-by-layer thiol-ene click reaction. J Mater Chem B. 2018; 6(23): 3904-3913. doi: 10.1039/ C8TB00937F

29. Emelyanenko AM, Pytskii IS, Kaminsky VV, Chulkova EV, Domantovsky AG, Emelyanenko KA, et al. Superhydrophobic copper in biological liquids: Antibacterial activity and microbiologically induced or inhibited corrosion. Colloids Surf B Biointerfaces. 2020; 185: 110622. doi: 10.1016/j.colsurfb.2019.110622

30. Khatoon Z, McTiernan CD, Suuronen EJ, Mah TF, Alarcon EI. Bacterial biofilm formation on implantable devices and approaches to its treatment and prevention. Heliyon. 2018; 4(12): e01067. doi: 10.1016/j.heliyon.2018.e01067

31. Chan Y, Wu XH, Chieng BW, Ibrahim NA, Then YY. Superhydrophobic nanocoatings as intervention against biofilm-associated bacterial infections. Nanomaterials. 2021; 11(4): 1046. doi: 10.3390/ nano11041046

32. Palza H, Quijada R, Delgado K. Antimicrobial polymer composites with copper micro- and nanoparticles: Effect of particle size and polymer matrix. JBioactCompatPolym. 2015; 30(4): 366-380. doi: 10.1177/0883911515578870

33. Corbo C, Molinaro R, Parodi A, Toledano Furman NE, Salvatore F, Tasciotti E. The impact of nanoparticle protein corona on cytotoxicity, immunotoxicity and target drug delivery. Nanomedicine (Lond). 2016; 11(1): 81-100. doi: 10.2217/nnm.15.188

34. García-Álvarez R, Vallet-Regí M. Hard and soft protein corona of nanomaterials: Analysis and relevance. Nanomaterials (Basel). 2021; 11(4): 888. doi: 10.3390/nano11040888

35. Singh J, Dutta T, Kim KH, Rawat M, Samddar P, Kumar P. 'Green' synthesis of metals and their oxide nanoparticles: applications for environmental remediation. JNanobiotechnol. 2018; 16(1): 84. doi: 10.1186/s12951-018-0408-4

36. Felipe Jaramillo A, Riquelme S, Montoya LF, Sánchez-Sanhueza G, Medinam C, Rojas D, et al. Influence of the concentration of copper nanoparticles on the thermo-mechanical and antibacterial properties of nanocomposites based on poly(butylene adipate-co-terephthalate). Polym Compos. 2019; 40: 1870-1882. doi: 10.1002/pc.24949

37. John MS, Nagoth JA, Zannotti M, Giovannetti R, Mancini A, Ramasamy KP, et al. Biogenic synthesis of copper nanoparticles using bacterial strains isolated from an antarctic consortium associated to a psychrophilic marine ciliate: Characterization and potential application as antimicrobial agents. Mar Drugs. 2021; 19(5): 263. doi: 10.3390/md19050263

38. Regmi A, Bhandari J, Bhattarai S, Gautam SK. Synthesis, characterizations and antimicrobial activity of cuprous oxide (Cu2O) nanoparticles. J Nepal Chem Soc. 2019; 40: 5-10. doi: 10.3126/jncs. v40i0.27271

39. Muñoz-Escobar A, Reyes-López SY. Antifungal susceptibility of Candida species to copper oxide nanoparticles on polycap-rolactone fibers (PCL-CuONPs). PLoS One. 2020; 15(2): e0228864. doi: 10.1371/journal.pone.0228864

40. Chen H, Wu J, Wu M, Jia H. Preparation and antibacterial activities of copper nanoparticles encapsulated by carbon. New Carbon Mater. 2019; 34(4): 382-389. doi: 10.1016/S1872-5805(19)30023-X

41. Xie YY, Hu XH, Zhang YW, Wahid F, Chu LQ, Jia SR, et al. Development and antibacterial activities of bacterial cellulose/ graphene oxide-CuO nanocomposite films. Carbohydr Polym. 2020; 229: 115456. doi: 10.1016/j.carbpol.2019.115456

42. Muñoz-Escobar A, Ruíz-Baltazar ÁJ, Reyes-López SY. Novel route of synthesis of PCL-CuONPs composites with antimicrobial properties. Dose Response. 2019: 17(3): 1559325819869502. doi: 10.1177/1559325819869502

43. Bogdanovic U, Vodnik V, Mitric M, Dimitrijevic S, Skapin SD, Zunic V, et al. Nanomaterial with high antimicrobial efficacy - cop-per/polyaniline nanocomposite. ACS Appl Mater Interfaces. 2015; 7(3): 1955-1966. doi: 10.1021/am507746m

44. Dobrovolny K, Ulbrich P, Svecová M, Rimpelová S, Malincík J, Kohout M, et al. Copper nanoparticles in glycerol-polyvinyl alcohol matrix: In situ preparation, stabilisation and antimicrobial activity. J Alloys Compd. 2017; 697: 147-155. doi: 10.1016/ j.jallcom.2016.12.144

45. Basumallick S, Rajasekaran P, Tetard L, Santra S. Hydrother-mally derived water-dispersible mixed valence copper-chitosan

nanocomposite as exceptionally potent antimicrobial agent. JNanopartRes. 2014; 16: 2675. doi: 10.1007/s11051-014-2675-9

46. Kadhim A, Haleem AM, Abbas RH. Copper oxide NPs: Synthesis and their anti-dermatophyte activity against Trichophyton rubrum. Engineering and Technology Journal. 2019; 35(3): 276-281.

47. Beltrán-Partida E, Valdez-Salas B, Valdez-Salas E. Synthesis, characterization, and in situ antifungal and cytotoxicity evaluation of ascorbic acid-capped copper nanoparticles. JNanomater. 2019; 2019: 5287632. doi: 10.1155/2019/5287632

48. Xu X, Shen J, Qin J. Duan H, He G, Chen H. Cytotoxicity of bacteriostatic reduced graphene oxide-based copper oxide nanocomposites. JOM. 2019; 71(1): 294-301. doi: 10.1007/s11837-018-3197-1

49. Amiri M, Etemadifar Z, Daneshkazemi A, Nateghi M. Antimicrobial effect of copper oxide nanoparticles on some oral bacteria and Candida species. J Dent Biomater. 2017; 4(1): 347-352.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

50. Ubaid R, Sah SK, Srinivasan H. Effect of biosynthesized copper nanoparticles (cunps) on the growth and biofilm formation of fluconazole-resistant Candida albicans. J Microbiol Biotechnol Food Sci. 2019; 9(1): 21-24. doi: 10.15414/jmbfs.2019.9.1.21-24

51. Abdelghany T, Bakri M, Al-Rajhi A, Al Abboud M, Alaw-laqi M, Rhaman A, et al. Impact of copper and its nanoparticles on growth, ultrastructure, and laccase production of Aspergillus niger using Corn Cobs Wastes. Bioresources. 2020; 15(2): 3289-3306. doi: 10.15376/biores.15.2.3289-3306

52. Chudobova D, Dostalova S, Ruttkay-Nedecky B, Guran R, Rodrigo MAM, Tmejova K, et al. The effect of metal ions on Staphylococcus aureus revealed by biochemical and mass spectrometric analyses. Microbiol Res. 2015; 170: 147-156. doi: 10.1016/j.mi-cres.2014.08.003

53. Lawton TJ, Kenney GE, Hurley JD, Rosenzweig AC. The CopC family: Structural and bioinformatic insights into a diverse group of periplasmic copper binding proteins. Biochemistry. 2016; 55(15): 2278-2290. doi: 10.1021/acs.biochem.6b00175

54. Altimira F, Yáñez C, Bravo G, González M, Rojas LA, Seeger M. Characterization of copper-resistant bacteria and bacterial communities from copper-polluted agricultural soils of central Chile. BMC Microbiol. 2012; 12: 193. doi: 10.1186/1471-2180-12-193

55. Doerrer L. Cu in biology: Unleashed by O2 and now irreplaceable. Inorganica Chim Acta. 2017; 481: 4-24. doi: 10.1016/ j.ica.2017.11.051

56. Chatterjee S, Kumari S, Rath S, Priyadarshaneea M, Das S. Diversity, structure and regulation of microbial metallothionein: metal resistance and possible applications in sequestration of toxic metals. Metallomics. 2020; 12(11): 1637-1655. doi: 10.1039/ d0mt00140f

57. Lai YR, Lin CH, Chang CP, Ni HF, Tsai WS, Huang CJ. Distribution of copper resistance gene variants of Xanthomonas citri subsp. citri and Xanthomonas euvesicatoria pv. perforans. Plant Protect Sci. 2021; 57: 206-216. doi: 10.17221/160/2020-PPS

58. Wu F, Ying Y, Yin M, Jiang Y, Wu C, Qian C, et al. Molecular characterization of a multidrug-resistant Klebsiella pneumoniae Strain R46 isolated from a rabbit. Int J Genomics. 2019; 2019: 5459190. doi: 10.1155/2019/5459190

59. Shafeeq S, Yesilkaya H, Kloosterman T, Narayanan G, Wandel M, Andrew P, et al. The Cop operon is required for copper homeostasis and contributes to virulence in Streptococcus pneu-moniae. Mol Microbiol. 2011; 81(5): 1255-1270. doi: 10.1111/j.1365-2958.2011.07758.x

60. Poujois A, Poupon J, Woimant F. Chapter 22 - Direct determination of non-ceruloplasmin-bound copper in plasma. In: Kerkar N, Roberts EA (eds.). Clinical and Translational Perspectives on WILSON DISEASE. Academic Press, 2019; 249-255. doi: 10.1016/B978-0-12-810532-0.00022-7

61. Gray JP, Suhali-Amacher N, Ray SD. Chapter 19 - Metals and metal antagonists. In: Sidhartha D. Ray (eds.). Side Effects of Drugs Annual. Elsevier, 2017; 39: 197-208. doi: 10.1016/ bs.seda.2017.07.001

62. National Research Council (US) Committee on Copper in Drinking Water. Copper in Drinking Water. Washington, DC: The National Academies Press; 2000. doi: 10.17226/9782

63. Royer A, Sharman T. Copper toxicity. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2021: 1-7. URL: https://www.ncbi.nlm.nih. gov/books/NBK557456/ [date of access: 29.06.2021].

64. Henson T, Navratilova J, Griggs J, Bradham K, Bradham KD, Rogers KR, et al. In vitro intestinal toxicity of copper oxide nanoparticles in rat and human cell models. Nanotoxicology. 2019; 13(6): 795-811. doi: 10.1080/17435390.2019.1578428

65. Cholewinska E, Ognik K, Fotschki B, Zdunczyk Z, Juskiewicz J. Comparison of the effect of dietary copper nanoparticles and one copper (II) salt on the copper biodistribution and gastrointestinal and hepatic morphology and function in a rat model. PLoS One. 2018; 13(5): e0197083. doi: 10.1371/journal. pone.0197083

66. Lee IC, Ko JW, Park SH, Shin NR, Shin IS, Moon C, et al. Comparative toxicity and biodistribution assessments in rats following subchronic oral exposure to copper nanoparticles and microparticles. Part Fibre Toxicol. 2016; 13(1): 56. doi: 10.1186/ s12989-016-0169-x

67. Na I, Kennedy DC. Size-specific copper nanoparticle cytotoxicity varies between human cell lines. Int J Mol Sci. 2021; 22(4): 1548. doi: 10.3390/ijms22041548

68. Tang H, Xu M, Luo J, Zhao L, Ye G, Shi F, et al. Liver toxicity assessments in rats following sub-chronic oral exposure to copper nanoparticles. Environ Sci Eur. 2019; 31: 30. doi: 10.1186/s12302-019-0214-0

69. El Bialy BE, Hamouda RA, Abd Eldaim MA, El Ballal SS, Heikal HS, Khalifa HK, et al. Comparative toxicological effects of biologically and chemically synthesized copper oxide nanoparticles on mice. Int J Nanomedicine. 2020; 15: 3827-3842. doi: 10.2147/ IJN.S241922

70. Azizi M, Ghourchian H, Yazdian F, Dashtestani F, Alizade-hZeinabad H. Cytotoxic effect of albumin coated copper nanoparticle on human breast cancer cells of MDA-MB 231. PLoS One. 2017; 12(11): e0188639. doi: 10.1371/journal.pone.0188639

REFERENCES

1. Meleshko АA, Afinogenova AG, Afinogenov GE, Spirido-nova AA, Tolstoy VP. Аntibacterial inorganic agents: Efficiency of using multicomponent systems. Russian Journal of Infection and Immunity. 2020; 10(4): 639-654. (In Russ.). doi: 10.15789/2220-7619-AIA-1512

2. Diez-Pascual AM. Antibacterial action of nanoparticle loaded nanocomposites based on graphene and its derivatives: A mini-review. Int J Mol Sci. 2020; 21(10): 3563. doi: 10.3390/ ijms21103563

3. Mitra D, Kang ET, Neoh KG. Antimicrobial copper-based materials and coatings: Potential multifaceted biomedical applications. ACS Appl Mater Interfaces. 2020; 12(19): 21159-21182. doi: 10.1021/acsami.9b17815

4. Tamayo L, Azócar M, Kogan M, Riveros A, Páez M. Copper-polymer nanocomposites: An excellent and cost-effective biocide for use on antibacterial surfaces. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2016; 1(69): 1391-1409. doi: 10.1016/j.msec.2016.08.041

5. Dennison C, David S, Lee J. Bacterial copper storage proteins. J Biol Chem. 2018; 293(13): 4616-4627. doi: 10.1074/jbc. TM117.000180

6. Ladomersky E, Petris MJ. Copper tolerance and virulence in bacteria. Metallomics. 2015; 7(6): 957-964. doi: 10.1039/ c4mt00327f

7. Stafford SL, Bokil NJ, Achard ME, Kapetanovic R, Schem-bri MA, McEwan AG, et al. Metal ions in macrophage antimicrobial pathways: Emerging roles for zinc and copper. Biosci Rep. 2013; 33(4): e00049. doi: 10.1042/BSR20130014

8. Akhidime ID, Saubade F, Benson PS, Butler J, Olivier S, Kelly P, et al. The antimicrobial effect of metal substrates on food pathogens. Food BioprodProcess. 2019; 113: 68-76. doi: 10.1016/j. fbp.2018.09.003

9. Sánchez-Sanhueza G, Fuentes-Rodríguez D, Bello-Toledo H. Copper nanoparticles as potential antimicrobial agent in disinfecting root canals. A systematic review. IntJ Odontostomat. 2016; 10(3): 547-554. doi: 10.4067/S0718-381X2016000300024