CC BY
35
УДК 616-77:615.46.014.47:615.281]-092.4 DOI 10.20538/1682-0363-2016-2-76-84
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ИМПЛАНТАТОВ С ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ КОМПОЗИЦИЕЙ ЦИПРОФЛОКСАЦИНА И ИХ АНТИМИКРОБНАЯ АКТИВНОСТЬ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ IN VITRO
Шейкин В.В.1, Шелихова Е.А.1, Москвитина Е.Н.2, Осипов А.Н.3, Ермаков В.В.3, Чучалин В.С.1, Мелентьева А.Н.1
1 Сибирский государственный медицинский университет, г. Томск
2 Сибирский федеральный научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства, Томская обл., г. Северск
3 НПО Томский медицинский инструмент, г. Томск
РЕЗЮМЕ
С целью снижения риска развития инфекционных осложнений в постимплантационный период и повышения эффективности хирургического лечения изучали возможность иммобилизации на поверхность титановых имплантируемых устройств (модельные пластинки, «п-образные» скобки) лекарственного вещества антимикробного действия.
Материал и методы. Объектом исследований являлись модельные титановые пластинки и титановые «п-образные» скобки для инструмента сшивающего «ГЕРА-10» (ООО «НПО ТМИ», г. Томск) с модифицированной методом лазерной абляции поверхностью. В качестве действующего вещества разрабатываемой фармацевтической композиции использован ципрофлоксацин, в качестве вспомогательных компонентов - растворы метилцеллюлозы и гидроксипропилметилцеллюлозы. Антимикробную активность имплантируемых объектов с фармацевтической композицией определяли методом диффузии в агар на плотной питательной среде путем изучения размеров зон угнетения роста тест-штаммов микроорганизмов (S. aureus, P. аeruginosa, E. coli , E. faecalis и S. pyogenes).
Результаты. В результате исследований показана возможность нанесения и удержания лекарственного вещества в пазах на модифицированной поверхности титановых имплантатов. Предложены фармацевтические композиции ципрофлоксацина с использованием в качестве связывающего и матрицеобразующего компонента гидроксипропилметилцеллюлозы. Установлено отсутствие зависимости между структурой поверхности рабочих элементов модельных пластинок со способностью связывания и удержания фармацевтической композиции на имплантатах. Выявлено, что кратность нанесения фармацевтической композиции непосредственно влияет на количественное содержание лекарственного вещества, а также на закрепление композиции на поверхности имплантата. Наиболее оптимально одно- или двукратное нанесение в зависимости от требуемой дозы лекарственного вещества. В экспериментах in vitro выявлена выраженная антимикробная активность «п-образных» скобок с ципрофлоксацином в отношении S. aureus, P. аeruginosa, E. coli, E. faecalis и S. pyogenes, что свидетельствует о целесообразности использования скобок с иммобилизованным на их поверхности антимикробным веществом с целью снижения вероятности развития имплантат-ассоциированной инфекции в постоперационный период.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: имплантат, «п-образная» скобка, ципрофлоксацин, фармацевтическая композиция, антимикробная активность.
Н Шейкин Владимирович Викторович, [email protected]
Введение
В настоящее время интенсивно развиваются технологии, связанные с использованием медицинских инструментов, аппаратов для сшивания тканей и решением других задач, что определено растущей потребностью таких устройств в хирургической практике. В частности широкое распространение находят новые шовные материалы и сшивающие инструменты - аппараты для соединения биологических тканей металлическими скобками и другими устройствами.
Однако установка имплантируемого устройства сопровождается риском развития инфекции, которая может привести к хроническому постимплантационному воспалению и инвали-дизации больного, а в самых тяжелых случаях (при генерализации процесса с развитием синдрома системной воспалительной реакции или сепсиса) — к летальному исходу [1]. В настоящее время доказано, что многие инфекции, возникающие в результате имплантации медицинских конструкций, в том числе и сшивающих металлических скобок, обусловлены способностью бактерий формировать на их поверхностях биопленочные сообщества (биопленки) [2, 3, 4]. Проблема заключается в том, что бактерии в этих сообществах проявляют большую устойчивость к действию антибактериальных веществ, в том числе антибиотиков, факторов иммунной защиты организма и неблагоприятных факторов среды [5].
Все это угрожает жизни больного, а также увеличивает сроки и стоимость лечения. Нанесение антибактериального средства на поверхность имплантируемых конструкций позволит предотвратить образование биопленки и доставить лекарственное вещество к поврежденным органам и тканям, снизить их альтерацию, уменьшить риск инфекционного заражения, ускорить процесс ра-нозаживления.
Целью работы являлась разработка технологических приемов иммобилизации лекарственных
ч
средств на поверхность титановых имплантатов и исследование их антимикробной активности в опытах in vitro.
Материал и методы
Объектами исследования служили модельные титановые пластинки и титановые «п-образные» скобки для инструмента сшивающего «ГЕРА-10» (ООО «НПО ТМИ», г. Томск). В качестве модельных образцов имплантата использовали титановые пластинки с площадью (1,98 ± 0,02) см2, массой (0,88 ± 0,02) г с тремя пазами. Так как поверхность изучаемых объектов, изготовленных из титанового сплава, обладает очень низкой адгезией к жидким средам, в том числе к лекарственным средствам, для устойчивого закрепления фармакологического агента на пластинках вытачивали по три паза методом лазерной абляции [6]. Предполагая, что конструктивные особенности поверхности паза могут повлиять на их адгезионные свойства, применяли две модификации пластинок: с плоским профилем дна (модель 1: длина паза 1,8 мм, ширина - 0,25 мм, глубина -0,09 мм) и с модифицированным профилем дна (модель 2: длина паза 1,8 мм, ширина - 0,25 мм, глубина - от 0,045 до 0,090 мм) (рис. 1).
_ 20 _
!
о
1 /
Пазы
Технологическое отверстие Рис. 1. Эскиз модельной пластинки толщиной 1 мм. М. 1 :1
Для модификации «п-образных» скобок на поверхности вытачивали три паза с плоским профилем дна (длина паза 1,8 мм, ширина — 0,25 мм, глубина — 0,09 мм), приходящиеся на ножки и спинку скобки (рис. 2).
длина заготовки скобки
VI
длина паза
Ш
длина паза
длина паза
У
н
А-А
глубина паза
2z
\ ширина заготовки скобки \ ширина паза тощина заготовки скобки
Рис. 2. Эскиз заготовки для «п-образной» скобки
Первый этап работы был направлен на выбор и обоснование ингредиентов для создания лекарственной композиции с последующим нанесением ее на «п-образную» скобку.
В качестве основной терапии имплантат-ас-социированных инфекций используют анти-биотикотерапию [1]. Установлено, что многие инфекции, возникновение которых связано с использованием медицинского имплантируемого оборудования, обусловлены способностью бактерий расти в виде биопленок на поверхностях этих устройств [2, 3, 4]. Причем будучи организованными в биопленочные сообщества, бактерии проявляют большую устойчивость к действию антибактериальных препаратов, что связано с наличием биополимерных матриксов, окружающих биопленки и способных не только препятствовать диффузии, но и связывать антимикробные вещества. В случае образования в клетках биопленки ферментов, вызывающих деградацию или модификацию антибиотиков, имеет место синергети-ческое действие двух эффектов, обеспечивающее биопленкам еще более эффективную защиту [7].
В связи с вышеизложенным для снижения и (или) предотвращения образования на имплантируемых титановых скобках биопленок было предложено создать фармацевтическую композицию, обладающую противомикробными свойствами. Нами был предложен ципрофлоксацин (ЦФ) - антибактериальное средство группы фторхинолонов II поколения (17850-250-Р Sigma-Aldrich, США). Он характеризуется большой широтой антибактериального спектра, включающего воздействие на грамположительные и грамотрицательные микроорганизмы, в том числе множественно-устойчивые штаммы, анаэробные микроорганизмы и внутриклеточные возбудители, а также приемлемыми фармакокинетическими характеристиками [8, 9, 10, 11]. Кроме того, выбор представителя фторхинолонов объясняли доказанной способностью препаратов этой группы проникать в бактериальные биопленки и угнетать процесс биопленко-образования [4, 12, 13, 14].
Будучи синтетическим веществом, ципро-флоксацин не подвержен деградации ни одним из известных бактериальных ферментов, не ги-дролизуется и устойчив к физическим факторам (нагревание, ионное излучение). Это позволяет внедрять его в любые водорастворимые каркасы и подвергать стерилизации, что является весьма важным с технологической точки зрения.
Таким образом, указанные свойства ципро-флоксацина определили целесообразность его использования для создания фармацевтической
композиции с последующим нанесением на титановые «п-образные» скобки.
В качестве вспомогательных веществ для формирования и закрепления композиции на модифицированной поверхности имплантата использовали растворы высокомолекулярных соединений неживотного происхождения на основе целлюлозы - метилцеллюлозу (МЦ) (Ashland, США) и ги-дроксипропилметилцеллюлозу (ГПМЦ) (Ashland, США) [15, 16]. Эти соединения растворимы в воде в любых пропорциях с образованием прозрачных гелеобразных жидкостей различной вязкости в зависимости от молекулярной массы. При высыхании они образуют упругую пленку, не растворимую в жирах, стабильны к изменению уровня рН, что является немаловажным фактором в условиях воспалительного процесса [10, 17].
Для создания фармацевтической композиции с ЦФ использовали его 2,5%-й раствор (концентрация ограничена пределом растворимости) в 0,1 Н растворе хлористоводородной кислоты. В качестве носителя применяли растворы гелеобра-зующих веществ (МЦ и ГПМЦ) с разными индексами вязкости (табл. 1).
Т а б л и ц а 1
Состав и маркировка фармацевтических композиций с ципрофлоксацином
№ п/п Маркировка прописи МЦ Е-15 МЦ К-100 ГПМЦ Е-6 ГПМЦ Е-50
1 Е-6 - - 5% -
2 Е-15 5% - - -
3 Е-50 - - - 5%
4 К-100 - 5% - -
Для приготовления вязких растворов точную навеску гелеобразующего компонента растворяли в половинном объеме 2,5%-го раствора ципро-флоксацина при медленном перемешивании на магнитной мешалке «1КА С-МАО БЗ 10» (Германия) в течение 5 мин и оставляли набухать в течение 40 мин при температуре 5-8 °С. После набухания добавляли вторую половину раствора, перемешивали и оставляли для стабилизации на 24 ч при температуре 5-8 °С.
Количественное определение ципрофлоксаци-на проводили методом спектрофотометрии в ультрафиолетовой области [18]. Регистрацию ультрафиолетовых спектров проводили с помощью спектрофотометра «Ломо СФ 2000» (Россия).
Антимикробную активность имплантируемых объектов с фармацевтической композицией определяли методом диффузии в агар на плотной питательной среде путем изучения размеров зон угнетения роста тест-штаммов микроорганизмов
(табл. 2) [19]. Все тестируемые штаммы были получены от компании Вес1:оп 01с1пбоп (США) в 2015 г. (микротролы с чистой культурой микроорганизмов) (РУ № ФСЗ 2012/11485 от 03 февраля 2012 г.).
Т а б л и ц а 2
Наименование и характеристика культуральных свойств используемых тест-штаммов микроорганизмов при выращивании на плотной среде
№ Название Используемая Культуральные
п/п тест-микроба среда свойства
1 Staphylococcus aureus АТСС 25923 Агар Мюллера— Хинтона Гладкие с ровными краями колонии с золотистой пигментацией
2 Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 Агар Мюллера— Хинтона Колонии плоские, голубовато-зеленые
3 Escherichia coli ATCC 25922 Агар Мюллера— Хинтона Колонии белые, слизистые с ровным краем
Enterococcus Агар Колонии серые,
4 faecalis ATCC Мюллера— гладкие, с ровным
254602 Хинтона краем
5 Streptococcus pyogenes ATCC 19615 Агар Мюллера— Хинтона с 5%-й кровью барана Колонии серые, мелкие с бета- гемолизом, с ровным краем
Микробиологические исследования проводили на базе микробиологической лаборатории Сибирского федерального научно-клинического центра Федерального медико-биологического агентства России (г. Северск) (СИБФНКЦ ФМБА России). Лаборатория имеет лицензию на осуществление медицинской деятельности (№ ФС-70-01-001145 от 21.01.2015 г.) и проведение работ с микроорганизмами 3—4 групп патогенности (№ 0059330 от 10.03.2011 г.).
В чашки Петри, установленные на столиках со строго горизонтальной поверхностью, разливали расплавленные питательные среды определенного состава высотой 4 мм, что достигалось внесением строго 25 мл агара на чашку Петри диаметром 100 мм. После застывания на поверхность среды наносили культуры микроорганизмов. Для инокулюма использовали стерильный 0,9%-й физиологический раствор натрия хлорида, в который помещали исследуемые культуры, соответствующие по плотности 0,5 по стандарту МакФарланда. После нанесения микроорганизмов стерильным пинцетом на поверхность среды помещали «п-образные» скобки с фармацевтической композицией и без нее, слегка вдавливая в питательную среду. Затем чашки помещали в тер-
мостат на 24 ч при температуре (36 ± 1) °С. После инкубации с точностью до 0,1 мм измеряли зоны угнетения роста тест-микроба, образуемые скобками без нанесения на их поверхность лекарственного вещества и скобками с фармацевтической композицией. Находили среднее значение величин зон из трех чашек.
Выраженность эффекта оценивали по размеру зоны, задерживающей рост микроорганизмов.
Статистическую обработку результатов проводили с использованием программы MS Excel 2007. Статистическую значимость различий
(Р <
0,05) определяли параметрически по t-критерию Стьюдента. Данные представляли в виде Х ± m, где Х - среднее арифметическое значение, m -ошибка среднего.
Результаты и обсуждение
На первом этапе исследования отрабатывали методику нанесения фармацевтических композиций на модельные титановые пластинки (модель 1 и модель 2). Композиции с ЦФ наносили с помощью микродозатора до заполнения пазов, пластинки сушили в потоке воздуха при температуре не более 40 оС в течение 30 мин. С учетом оставшегося в пазе свободного пространства после сушки композицию наносили повторно для увеличения количества иммобилизуемого ципро-флоксацина.
Качество фармацевтических композиций оценивали по количественному содержанию лекарственного вещества в пазах. При испытании пластинки помещали в шейкер (IKA KS 4000i control, Германия) и перемешивали при 37 оС в течение 45 мин при 300 колебаний в минуту, после чего определяли концентрацию ципрофлоксацина в растворе. Полноту перехода препарата в раствор контролировали путем осмотра поверхности обработанных пластинок под микроскопом. Количество ЦФ выражали в процентах в пересчете на массу пластинки. Результаты измерений представлены на рис. 3.
Анализ полученных результатов показал, что кратность нанесения существенно влияет на содержание ЦФ в пазах модельных пластинок. Наиболее оптимальным оказалось двукратное нанесение композиции, так как последующее нанесение сопровождалось отслаиванием композиции с поверхности пазов. Лучше удерживались композиции, в составе которых использовали ГПМЦ (рис. 3, а и 3, в). При этом количество удерживаемого ципрофлоксацина на модельных пластинках с различным профилем дна существенно не отличалось.
3,5 3 2,5 2
1,5 1
0,5 0
3 2,5 2
1,5 1
0,5 0
1,5 1
3 2,5 2
■ модель 1 Ы модель 2
Рис. 3. Показатели качества модельных пластинок с фармацевтическими композициями ципрофлоксацина в зависимости от кратности нанесения и вида гелеобразующего вещества: а - Е-6, б - Е-15, в - Е-50, г - К-100; * - композиция отслаивается
На следующем этапе исследования отрабатывали технологию нанесения фармацевтических композиций на титановые «п-образные» скобки. В процессе иммобилизации лекарственного вещества на поверхности скобок использовали одно- и двукратное нанесение раствора ЦФ.
Качество полученных имплантатов с фармацевтической композицией оценивали по первоначальному количеству ципрофлоксацина в пазах (Y1), его количеству в пазах после сгиба скобки (Y2) и после испытания скобок на вибрационном устройстве в течение 1 ч (Y^). Количество лекарственного вещества пересчитывали в процентах относительно массы скобки. Результаты измерений представлены в табл. 3.
Т а б л и ц а 3
Показатели качества «п-образных» скобок с фармацевтической композицией ципрофлоксацина в зависимости от кратности нанесения и вида гелеобразующего вещества (X ± m)
Кратность Содержание ципрофлоксацина,% (Е-6)
нанесения Y1 Y2
1 0, 041 ± 0,001 0,042 ± 0,003 0,044 ± 0,002
2 0,088 ± 0,002 0,086 ± 0,003 0,085 ± 0,003
Содержание ципроф локсацина,% (Е-50)
1 0,046 ± 0,002 0,045 ± 0,003 0,045 ± 0,001
2 0,082 ± 0,004 0,079 ± 0,004 0,079 ± 0,003
Таким образом, предложенные композиции и способ их нанесения позволяют достигнуть достаточно высокой степени иммобилизации лекарственного вещества.
Антимикробные свойства полученных изделий исследовали путем оценки активности «п-образных» скобок с фармацевтической композицией в отношении микроорганизмов, чаще всего вызывающих нозокомиальные инфекции. В эксперименте использовали скобки с одно-и двукратным нанесением фармацевтической композиции ЦФ: конечная концентрация лекарственного вещества на скобке составляла соответственно (0,044 ± 0,001)% и (0,081 ± ± 0,002)%.
Результаты испытаний представлены в табл. 4.
Согласно полученным данным, «п-образные» скобки с иммобилизованным на их поверхности ципрофлоксацином подавляли рост всех выбранных тест-микробов: зона задержки роста колоний варьировала от 26 до 37 мм, что свидетельствовало об их выраженном антимикробном действии в отношении S. aureus, P. аeruginosa, E. coli , E. faecalis и S. pyogenes.
а
2
0
1
0
г
Т а б л и ц а 4
Антимикробная активность «п-образных» скобок (Х ± m)
N Параметр Диаметр зоны задержки роста микроорганизма, мм
п/п a. aureus U. aeruginosa E. coli E. faecalis a. pyogenes
1 Скобка без ЦФ 0 0 0 0 0
2 Скобка с ЦФ 0,044% (ГПМЦ Е-6 однократно) 2б,4 i 0,б 3б,7 i 0,3 33,0 i 0,1 30,7 i 0,5 28,8 i 0,2
3 Скобка с ЦФ 0,080% (ГПМЦ Е-6 двукратно) 28,1 i 0,2 37,9 i 0,2 33,3 i 0,2 34,1 i 0,4 32,0 i 0,3
4 Скобка с ЦФ 0,044% (ГПМЦ Е-50 однократно) 25,9 i 0,2 34,8 i 0,4 30,9 i 0,5 29,8 i 0,5 27,4 i 0,3
5 Скобка с ЦФ 0,080% (ГПМЦ Е-50 двукратно) 27,2 i 0,4 3б,1 i 0,4 32,2 i 0,б 29,9 i 0,2 30,2 i 0,б
Антимикробное действие скобок с ципрофлок-сацином регистрировали уже при однократном нанесении лекарственного вещества в дозе 0,044%. При этом «п-образные» скобки с разными геле-образующими веществами (Е-6 и Е-50) и с отличной дозировкой ципрофлоксацина проявляли в эксперименте равную антимикробную активность.
Выводы
Показана возможность нанесения и удержания лекарственного вещества на примере ципрофлоксацина в пазах на модифицированной поверхности титановых имплантатов.
Предложены фармацевтические композиции ципрофлоксацина для нанесения на поверхность имплантатов с использованием в качестве геле-образующего и связывающего компонента ГПМЦ.
Модификация поверхности дна паза модельных пластинок не влияет на способность к удержанию фармацевтической композиции на им-плантатах.
Целесообразно использовать одно- или двукратное нанесение фармацевтической композиции в зависимости от требуемой дозы лекарственного вещества.
«П-образные» скобки с фармацевтической композицией ципрофлоксацина проявляют выраженную антимикробную активность в отношении S. aureus, P. aeruginosa, E. coli , E. faecalis и S. pyogenes.
Скобки с иммобилизованным на их поверхности антимикробным веществом целесообразно использовать с целью снижения вероятности развития инфекции в постоперационный период.
Финансирование
Работа выполнена за счет средств гранта Президента Российской Федерации № МК-3511.2013.7.
Конфликт интересов
Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.
Литература
1. Божкова СЛ., Тихилов P.M., Краснова M.B., Рукина
A.H. Ортопедическая имплантат-ассоциированная инфекция: ведущие возбудители, локальная резистентность и рекомендации по антибактериальной терапии // Травматология и ортопедия России. 2013. Т. 4, N 70. С. 5-15.
2. Гостев B.B, Сидоренко С.B. Бактериальные биопленки и инфекции // Журнал инфектологии. 2010. Т. 2, N 3. С. 5-15.
3. Чернявский B.K. Бактериальные биопленки и инфекция (лекция) // Annals of Mechnicov Institute. 2013. N 1. С. 8б-90.
4. Голуб A.B. Бактериальные биопленки - новая цель терапии? // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерия. 2012. Т. 14, N 1. С. 23-29.
5. Чеботарь И.B, Maянскuй A.H., Кончакова Е.Д, Лазарева A.B., Чистякова B.n. Антибиотикорезистентность биопленочных бактерий // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерия. 2012. Т. 14, N 1. С. 51-58.
6. Ермаков B.B, Лейтман AT, Реймер И.B, Шейкин
B.B, Чучалин BU, Осипов A.H, Byсовuч O.B, Голь-цова n.A. Формирование поверхности оксида титана методом лазерной абляции // Известия высших учебных заведений. Физика. 2013. Т. б, N 11. С. 7б-80.
7. Смирнова T.A, Диденко Л.B, Aзuзбекян Р.Р, Романова ЮЖ. Структурно-функциональная характеристика бактериальных биопленок // Микробиология. 2010. N 4. С.1-12.
8. Сидоренко С.B. Фторхинолоны: свойства и клиническое применение // Трудный пациент. 2011. Т. 9, N 5. С. 21-27.
9. Кабанова С.A. Антибиотикотерапия гнойно-воспалительных процессов челюстно-лицевой области в амбулаторных условиях // Вестник Витебского государственного медицинского университета. 2008. Т. 7, N 4. С. 87-93.
10. ЧуешовBM, Зайцев AM, Шебанова С.Т., ЧерновН.Е. Промышленная технология лекарств / под ред. В. И. Чу-ешова. Xарьков: НФАУ МТК-Книга, 2002. 5б0 с.
11. Rosemary M.J, MacLaren Ian, Uradeep T. Investigations of the antibacterial properties of Ciprofloxacin-SiO2 // Langmuir. 200б. N 22. P. 10125-10129.
12. Петухова И.Н. Роль биопленок в хронизации мочевых инфекций // Урология сегодня. 2013. N 2. С. 14-15.
13. Di Bonaventura G., apedicato I., D'Antonio D, Robuffo I., UiccoComini R. Biofilm formation by Stenotrophomon-
as maltophilia: modulation by quinolones, trimethoprim-sulfamethoxazole and ceftazidime // Antimicrobial agents and chemotherapy. 2004. V. 48, № 1. Р. 151-160.
14. Скоробогатых Ю.И, Перунова Н.В, Курлаев П.П. Экспериментальное изучение комбинации ципрофлоксаци-на с окситоцином на образование биопленок условно патогенными бактериями // Журнал микробиологии эпидемиологии и иммунобиологии. 2010. № 6. С. 3-7.
15. Халикова М.А, Фадеева Д.А, Жилякова Е.Т, Новиков О.О., Кузьмичева О.А., КовалеваМ.Г. Определение технологических показателей гидроксипропилметил-целлюлозы // Научные ведомости. 2010. № 22. С. 77-80.
16. Фармацевтическая технология. Технология лекарственных форм / И.И. Краснюк, Г.В. Михайлова,
Т.В. Денисова, В.И. Скляренко; под ред. И.И. Краснюка, Г.В. Михайловой. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2013. 656 с.
17. Рахметова А.А, Богословская О.А, Семкина О.А, Овсянникова М.Н, Ольховская И.П, Глущенко Н.Н. Антибактериальная и ранозаживляющая активность мазей с наночастицами меди на основе производных метилцеллюлозы // Нанотехнологии: разработка, применение - XXI век. 2014. № 2. С. 43-48.
18. Карлов П.М, Сипливая Л.Е. Анализ фторхинолонов в субстанциях, лекарственных формах и биожидкостях // Человек и его здоровье. 2009. № 1. С. 143-148.
19. Государственная фармакопея Российской федерации XII издание. Часть 1. М.: Научный центр экспертизы средств медицинского применения, 2008. 704 с.
Поступила в редакцию 06.02.2016 г. Утверждена к печати 15.03.2016 г.
Шейкин Владимирович Викторович (Н) - канд. фарм. наук, доцент базовой кафедры фармацевтической технологии и биотехнологии СибГМУ (г. Томск)
Шелихова Елена Александровна - студент 5-го курса фармацевтического факультета СибГМУ (г. Томск) Москвитина Екатерина Николаевна - заведующая лабораторией клинической микробиологии Сибирского федерального научно-клинического центра Федерального медико-биологического агентства (Томская обл., г. Северск) Осипов Андрей Николаевич - сотрудник НПО Томский медицинский инструмент (г. Томск). Ермаков Василий Васильевич - главный конструктор НПО Томский медицинский инструмент (г. Томск). Чучалин Владимир Сергеевич - д-р фарм. наук, профессор базовой кафедры фармацевтической технологии и биотехнологии СибГМУ (г. Томск).
Мелентьева Александра Николаевна - канд. фарм. наук, старший преподаватель базовой кафедры фармацевтической технологии и биотехнологии СибГМУ (г. Томск).
Н Шейкин Владимирович Викторович, [email protected]
Сибирский государственный медицинский университет, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2, e-mail: [email protected], тел. (382-2)- 90-11-01.
НПО Томский медицинский инструмент, 634050, г. Томск, ул. Ленина, 97а, e-mail: [email protected], тел. (382-2)-78-23-62. Сибирский федеральный научно-клинический центр Федерального медико-биологического агентства», 636035, Томская обл., ЗАТО Северск, г. Северск, ул. Мира, 4, e-mail: [email protected], тел. (383-3)-34-85-67.
TECHNOLOGICAL BASIS FOR THE CREATION OF IMPLANTS WITH A PHARMACEUTICAL COMPOSITION OF CIPROFLOXACIN AND THEIR ANTIMICROBIAL ACTIVITY IN EXPERIMENTS IN VITRO
Sheykin V.V. 1, Shelikhova Y.A. 1, Moskvitina E.N. 2, Osipov A.N. 3, Yermakov V.V. 3, Chuchalin V.S. 1, Melenteva A.N. 1
1 Siberian State Medical University, Tomsk, Russian Federation
2 Siberian Federal Scientific Clinical Center of the Federal Medical and Biological Agency, Seversk, Tomsk obl, Russian Federation.
3 Tomsk Medical Instrument, Tomsk, Russian Federation
ABSTRACT
The article is devoted to the investigation of the possibility of immobilized on the surface of the titanium implantable devices (model plates, "U-shaped" brackets) antimicrobial substances.
Material and methods. The object of research were modeling titanium plates and titanium "U-shaped" brackets for implantation. Ciprofloxacin, hydroxypropylmethylcellulose and methylcellulose has been proposed as materials for the creation of antimicrobial pharmaceutical composition to immobilization. The antimicrobial properties of titanium implantable "U-shaped" brackets with ciprofloxacin was evaluated for potential antimicrobial activity against medically important bacterial (S. aureus, P. aeruginosa, E. coli, E. faecalis and S. pyogenes) using method of diffusion in agar.
Results. The results showed the possibility of putting and holding a ciprofloxacin in grooves on the modified surface of titanium implants. In the course of the study was developed a pharmaceutical composition, comprising ciprofloxacin and hydroxypropylmethylcellulose. The results showed high antimicrobial activity of pharmaceutical composition with ciprofloxacin against the test organisms (S. aureus, P. aeruginosa, E. coli, E. faecalis and S. pyogenes).
KEY WORDS: Implant, "U-shaped" bracket, ciprofloxacin, pharmaceutical composition,
antimicrobial activity
Bulletin of Siberian Medicine, 2016, vol. 15, no. 2, pp. 76-84.
Referenees
1. Bozhkova S.A., Tihilov R.M., Krasnova M.V., Rukina A.N. Ortopedicheskaja implantat-associirovannaja infekcija: ve-dushhie vozbuditeli, lokal'naja rezistentnost' i rekomen-dacii po antibakterial'noj terapii [Orthopedic implant-related infections: the pathogens, local resistance and recommendations for antibiotic therapy]. Travmatologija i ortopedija Rossii - Traumatology and orthopedics of Russia, 2013, vol. 4, no. 70, pp. 5-15 (in Russian).
2. Gostev V.V., Sidorenko S.V. Bakterial'nyye bioplenki i in-fektsii [Bacterial biofilm formation and infections]. ZHur-nal infektologii, 2010, vol. 2, no. 3, pp. 5-15 (in Russian).
3. Chernjavskij V. K. Bakterial'nye biopljonki i infekcija (lek-cija) [Bacterial biofilms and infection (lecture)]. Annals of Mechnicov Institute, 2013, no. 1, pp. 86-90 (in Russian).
4. Golub A.V. Bakterial'nye bioplenki - novaja cel' terapii? [Bacterial biofilms - a new goal of therapy?]. Klinicheska-ja mikrobiologija i antimikrobnaja himioterija - Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2012, vol. 14, no. 1, pp. 23-29 (in Russian).
4. Chebotar' I.V., Majanskij A.N., Konchakova E.D., Laza-reva A.V., Chistjakova V.P. Antibiotikorezistentnost' bio-pljonochnyh bakterij [Antibiotic resistance of bacterial biofilms]. Klinicheskaja mikrobiologija i antimikrobnaja himioterija - Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy, 2012, vol. 14, no. 1, pp. 51-58 (in Russian).
6. Ermakov V.V., Lejtman A.G., Rejmer I.V., Shejkin V.V., Chuchalin V.S., Osipov A.N., Vusovich O.V., Gol'cova P.A. Formirovanie poverhnosti oksida titana metodom lazernoj abljacii [Formation of the surface of titanium dioxide by laser ablation]. Izvestija vysshih uchebnyh zave-denij. Fizika, 2013, vol. 6, no. 11, pp. 76-80 (in Russian).
7. Smirnova T.A., Didenko L.V., Azizbekjan R.R., Romanova Ju.M. Strukturno-funkcional'naja harakteristika bakteri-
al'nyh bioplenok [Structural and functional characterization of bacterial biofilms]. Mikrobiologija - Microbiology, 2010, no. 4, pp. 1-12 (in Russian).
8. Sidorenko S.V. Ftorhinolony: svojstva i klinicheskoe primenenie [Fluoroquinolones: properties and clinical application]. Trudnyj pacient, 2011, vol. 9, no. 5, pp. 21-27 (in Russian).
9. Kabanova S.A. Antibiotikoterapija gnojno-vospalitel'nyh processov cheljustno-licevoj oblasti v ambulatornyh uslovijah [Antibiotic treatment of inflammatory processes of maxillofacial area in an outpatient setting ]. Vestnik Vitebskogo gosudarstvennogo medicinskogo universite-ta, 2008, vol. 7, no. 4, pp. 87-93 (in Russian).
10. Chueshov V.I., Zajcev A.I., Shebanova S.T., Chernov N.E.; pod red. V.I. Chueshov. Promyshlennaja tehnologija lekarstv [Industrial technology of medications ]. Har'kov: NFAU MTK-Kniga Publ., 2002, 560 p. (in Russian).
11. Rosemary M.J, MacLaren Ian, Pradeep T. Investigations of the antibacterial properties of Ciprofloxacin-SiO2 // Langmuir. 2006. № 22. P. 10125-10129.
12. Petuhova I.N. Rol' bioplenok v hronizacii mochevyh infek-cij [The role of biofilms in chronic urinary tract infections ]. Urologija segodnja, 2013, no. 2, pp. 14-15 (in Russian).
13. Di Bonaventura G., Spedicato I., D'Antonio D., Robuffo I., Piccolomini R. Biofilm formation by Stenotrophomonas maltophilia: modulation by quinolones, trimethoprim-sulfame-thoxazole and ceftazidime // Antimicrobial agents and chemotherapy. 2004. V. 48, № 1. P. 151-160 (in Russian).
14. Skorobogatyh Ju.I., Perunova N.V., Kurlaev P.P. Jeksperimen-tal'noe izuchenie kombinacii ciprofloksacina s oksitocinom na obrazovanie bioplenok uslovno patogennymi bakterijami [Experimental study of a combination of ciprofloxacin and oxyto-cin in the formation of biofilms opportunistic bacteria]. Zhur-nal mikrobiologii jepidemiologii i immunobiologii - Journal of Microbiology Epidemiology and immunobiology, 2010, no. 6, pp. 3-7 (in Russian).
15. Halikova M.A., Fadeeva D.A., Zhiljakova E.T., Novikov O.O., Kuz'micheva O.A., Kovaleva M.G. Opredelenie tehnologich-eskih pokazatelej gidroksipropilmetilcelljulozy [Determination of technological parameters of hydroxypropyl methylcellulose]. Nauchnye vedomosti, 2010, no. 22, pp. 77-80 (in Russian).
cami medi na osnove proizvodnyh metilcelljulozy [Antibiotic and wound healing activity of ointments of copper nanoparti-cles based on derivatives of methylcellulose]. Nanotehnologii: razrabotka, primenenie - XXI vek, 2014, no. 2, pp. 43-48 (in Russian).
16. Krasnjuk I.I., Mihajlova G.V., Denisova T.V., Skljarenko V.I.; pod red. I.I. Krasnjuka, G.V. Mihajlovoj. Farmacevticheskaja tehnologija. Tehnologija lekarstvennyh form [Pharmaceutical Technology. Technology of Medicinal forms]. Moscow, GJeOTAR-Media Publ., 2013, 656 p. (in Russian).
18. Karlov P.M., Siplivaja L.E. Analiz ftorhinolonov v substanci-jah, lekarstvennyh formah i biozhidkostjah [An analysis of fluoroquinolones in substances, dosage forms and bioliquids ].
Chelovek i ego zdorov'e, 2009, no. 1, pp. 143-148.
19. Gosudarstvennaja farmakopeja Rossijskoj federacii XII izdanie. Chast' 1 [State Pharmacopoeia XII edition of the Russian Federation. Part 1]. Moscow, Nauchnyj centr jekspertizy sredstv medicinskogo primenenija Publ., 2008, 704 p.
17. Rahmetova A.A., Bogoslovskaja O.A., Semkina O.A., Ovsjan-nikova M.N., Ol'hovskaja I.P., Glushhenko N.N. Antibakteri-al'naja i ranozazhivljajushhaja aktivnost' mazej s nanochasti-
Sheykin Vladimir V. (*), Siberian State Medical University, Tomsk, Russian Federation. Shelikhova Yelena A., Siberian State Medical University, Tomsk, Russian Federation.
Moskvitina Ekaterina N., Siberian Federal Scientific Clinical Center of the Federal Medical and Biological Agency, Seversk, Tomsk obl., Russian Federation.
Osipov Andrey N., Tomsk Medical Instrument, Tomsk, Russian Federation. Yermakov Vasiliy V., Tomsk Medical Instrument, Tomsk, Russian Federation. Chuchalin Vladimir S., Siberian State Medical University, Tomsk, Russian Federation. Melenteva Alexandra N., Siberian State Medical University, Tomsk, Russian Federation.
* Sheykin Vladimir V., e-mail: [email protected]
Siberian State Medical University, 2, Moscow Trakt, 634050, Tomsk, e-mail: [email protected], ph. (382-2)-90-11-01. Tomsk Medical Instrument, 97(A), Lenin St., 634050, Tomsk, e-mail: [email protected], ph. (382-2)-78-23-62. Siberian Federal Scientific Clinical Center of the Federal Medical and Biological Agency, 4, Mira St., 636035, Seversk, Tomsk Region, e-mail: [email protected].
