CC BY
5
УДК 616-002:616-018 EDN: FQPHTF
Оригинальная статья
ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ НАНОЧАСТИЦ СЕРЕБРА В АЛЬГИНАТНЫХ МИКРОКАПСУЛАХ НА РЕАЛИЗАЦИЮ ИХ ЭФФЕКТОВ НА МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ
ПРИ ПАРОДОНТИТЕ
А. А. Савкина
Е. В. Ленгерт
А. В. Ерма-
Т.В. Степанова
А.Н. Иванов
THE INFLUENCE OF SILVER NANOPARTICLES CONCENTRATION IN ALGINATE MICROCAPSULES ON THE REALIZATION OF THEIR EFFECTS ON MORPHOLOGICAL CHANGES IN PERIODONTITIS
A.A. Savkina
E. V. Lengert A. V. Er-
makov T.V. Stepa-
nova A. N. Ivanov
Дата поступления — 28.06.2022 г. Дата принятия в печать — 29.08.2022 г.
Для цитирования: Савкина А.А., Ленгерт Е.В., Ермаков А.В., Степанова Т.В., Иванов А.Н. Влияние концентрации наночастиц серебра в альгинатных микрокапсулах на реализацию их эффектов на морфологические изменения при пародонтите. Саратовский научно-медицинский журнал 2022; 18 (3): 404-408. EDN: FQPHTF.
оценить эффекты альгинатных микрокапсул на морфологические изменения при пародонтите в зависимости от концентрации в них наночастиц серебра. . Исследования проводились на 30 крысах, разделенных на три группы по 10 животных: группа сравнения — животные с экспериментальной моделью пародонтита; I и II опытные группы —животные с пародонтитом (5 недель), которым выполнялись аппликации на поверхность десны геля, содержащего микрокапсулы с высокой (0,25 М) и низкой (0,1 М) концентрациями серебра соответственно. Для оценки морфологических изменений производили забор нижней челюсти с последующим исследованием. У животных при пародонтите возникают изменения поддерживающего аппарата зуба, включая разволокнение и периваскулярные отеки в круговой связке зуба, резорбция кости с замещением ее соединительной тканью. Нанесение геля, содержащего микрокапсулы с наночастицами серебра, приводит к частичной редукции указанных нарушений, в частности снижает резорбцию костной ткани и ее замещение соединительной. Деструктивные изменения тканей пародонта при использовании геля с высоким содержанием наночастиц серебра (0,25 М) менее выражены, чем при применении капсул с низким содержанием серебра (0,1 М). Гели, содержащие микрокапсулы с наночастицами серебра, способствуют редукции деструктивных изменений поддерживающего аппарата зуба при пародонтите. Выраженность эффектов геля повышается с увеличением содержания наночастиц серебра в альгинатных микрокапсулах.
Ключевые слова: пародонтит, наночастицы, деструкция кости.
For citation: Savkina АА, Lengert ЕМ, ErmakovAV, Stepanova TV, Ivanov AN. The influence of silver nanoparticles concentration in alginate microcapsules on the realization of their effects on morphological changes in periodontitis. Saratov Journal of Medical Scientific Research 2022; 18 (3): 404-408. EDN: FQPHTF.
to evaluate the effects of alginate microcapsules on morphological changes in periodontitis depending on the concentration of silver nanoparticles in them. . The studies were conducted on 30 rats divided
into three groups of 10 animals: the comparison group — animals with an experimental model of periodontitis; experimental groups 1 and 2 — animals with periodontitis (5 weeks), which were applied to the surface of the gum gel containing microcapsules with high (0.25 M) and low (0.1 M) concentrations of silver, respectively. To assess morphological changes, the mandible was sampled with subsequent examination. In animals with periodontitis, changes in
the supporting apparatus of the tooth occur, including fibrillation and perivascular edema in the circular ligament of the tooth, bone resorption with its replacement with connective tissue. The application of gel containing microcapsules with silver nanoparticles leads to a partial reduction of these disorders, in particular, reduces bone resorption and its replacement by connective tissue. Destructive changes in periodontal tissues when using a gel with a high content of silver nanoparticles (0.25 M) are less pronounced than when using capsules with a low content of silver nanoparticles (0.1 M). . Gels containing microcapsules with silver nanoparticles contribute to the reduction of destructive
changes in the supporting apparatus of the tooth in periodontitis. The gel effectiveness is increases with a rise of the concentation of silver nanoparticles in alginate microcapsules.
Keywords: periodontitis, nanoparticles, bone destruction.
Введение. Заболевания пародонта представляют собой распространенную инфекцию полости рта, поражающую ткани, окружающие и поддерживающие
Ответственный автор — Савкина Ангелина Альбертовна
Тел.: +7 (917) 3015000
E-mail: sawkina.ange@yandex.ru
зубы. Начальными признаками данных заболеваний являются болезненные ощущения, кровоточивость и гиперемия десен; такое состояние характеризуется как гингивит, и впоследствии, если не оказано определенное лечебное воздействие, он прогрессирует до пародонтита, который приводит к структурным из-
менениям более разрушительного характера — потере пародонтальной связки и поддерживающей кости. В 2009 г. на Европейском семинаре по здоровью па-родонта и сердечно-сосудистым заболеваниям сообщалось, что распространенность заболеваний па-родонта колеблется от 20 до 50% по всему миру [1]. По данным Всемирной организации здравоохранения (2016), пародонтит был 11-м наиболее распространенным заболеванием в мире [2]. Пародонтит — это одна из основных причин потери зубов, приводящая к эстетическим нарушениям и функциональным расстройствам, негативно влияющим на питание и общее состояние здоровья пациентов. В связи с тем, что данное заболевание быстро прогрессирует, имеет высокую распространенность и трудно поддается лечению, вопросы, касающиеся поиска и разработки новых эффективных методов лечения, остаются актуальными и в настоящее время.
Наночастицы серебра в последнее время приобрели большую популярность в области биомедицины, в литературе имеется множество исследований, демонстрирующих антибактериальный эффект серебра, позволяющий использовать его для лечения некоторых заболеваний, в том числе и болезней па-родонта [3-5].
Перспективные технологии, такие как нанострук-турирование и инкапсуляция различных веществ, открывают возможности для усовершенствования терапевтических схем лечения заболеваний пародонта. Проведенные ранее исследования доказывают то, что гель, содержащий микрокапсулы с наночастица-ми серебра, положительно влияет на состояние ми-кроциркуляторного русла в тканях пародонта у крыс с экспериментальным пародонтитом [6]. Однако, по данным других литературных источников, обнаружено, что наночастицы серебра способны оказывать раздражающее воздействие на слизистую оболочку [7, 8]. Данное действие является негативным побочным эффектом, при прогрессировании которого возможно появление эрозивных образований на слизистой оболочке, а в дальнейшем — и разрушение тканей, что обусловливает необходимость минимизации рисков его возникновения. В связи с этим вариантом решения данной задачи становится оптимизация концентрации в микрокапсулах наночастиц серебра, что и определило направление настоящей работы.
— оценить эффекты альгинатных микрокапсул на морфологические изменения при пародонти-те в зависимости от концентрации в них наночастиц серебра.
Материал и методы. Работа выполнена на 30 белых крысах-самцах, разделенных случайным образом на три группы по 10 особей в каждой. Группа сравнения — животные с экспериментальной моделью пародонтита; I и II опытные группы —животные с пародонтитом (5 недель), которым после удаления лигатуры выполнялась аппликация на поверхность десны геля, содержащего микрокапсулы с высокой (0,25 М) и низкой (0,1 М) концентрациями серебра соответственно. Животные содержались в стандартных условиях вивария при естественном освещении, свободном доступе к воде и пище. Все экспериментальные работы проводились в соответствии с положениями Европейской конвенции по защите позвоночных животных, требованиям национального руководства по содержанию и уходу за лабораторными животными и одобрены этическим комитетом Саратовского ГМУ имени В. И. Разумовского (протокол №1 от 07.09.2021). За 10 мин до манипуляции
животных анестезировали путем внутримышечного введения Телазола (Zoetislnc., Испания) из расчета 0,1 мл/кг и Ксиланита (ООО «Нита-Фарм», Россия) в дозе 1 мг/кг массы животного.
Моделирование пародонтита у крыс проводили лигатурным методом, в модификации лигатурного метода А. lonel ссоавт. [9], под анестезией проводилось вшивание полифиламентной нерассасывающейся нити в ткани десны в области центральных резцов нижней челюсти — данная область является наиболее доступной для аппликаций и диагностических манипуляций. На 14-е сутки после вшивания лигатуру удаляли.
Животным опытных групп производили нанесение альгинатных серебряных микрокапсул трижды: на 14, 16, 18-й дни эксперимента. М икр о капсулы были приготовлены в соответствии с протоколом, опубликованным ранее [6]. Полые серебряные альги-натные микрокапсулы были получены путем адсорбции альгината натрия объемом 1 мл и концентрацией 5мг/мл на пористые частицы карбоната кальция [10] с последующей гелификацией альгината натрия ионами серебра при добавлении 1 мл нитрата серебра в концентрациях 0,1 М или 0,25 М. Полное восстановление наночастиц серебра и одновременное растворение пористого ядра карбоната кальция осуществлялось путем добавления к суспензии 1 мл аскорбиновой кислоты концентрацией 0,1 М. Таким образом были приготовлены два типа образцов: полые альгинатные серебряные микрокапсулы с различными концентрациями серебра 0,1 М и 0,25 М.
Животных выводили из эксперимента передозировкой препаратов для наркоза на 5-й неделе после наложения лигатуры. Производили забор нижней челюсти и фиксировали в 10%-м формалине для гистологического исследования. Комплекс забранных тканей деминерализировали электролитным декаль-цинирующим раствором («ЭргоПродакшн», Россия) в течение суток. После этого для изготовления препаратов вырезали участок, содержащий ткани поддерживающего аппарата центральных резцов, и использовали для изготовления горизонтальных (поперечных по отношению коси резцов) срезов. Ткани подвергали спиртовой проводке, после чего заливали в парафин. Срезы толщиной 5-7 мкм, изготовленные с помощью полуавтоматического микротома RMD 3000 (MtPoint, Россия — Австралия), окрашивали гематоксилином Майера (ООО «Биовитрум», Россия) и эозином (ООО «Биовитрум», Россия). Для просветления срезов использовали Bio-Clear (BioOptica, Италия), а для заключения препаратов под покровное стекло применяли Bio- Monht (BioOptica, Италия).
Микроскопию полученных препаратов выполняли с помощью микровизора проходящего света серии |jVizo-103 (ООО «ЛОМО ФОТОНИКА», Россия). При микроскопии сагиттальных срезов оценивали выраженность воспалительных и деструктивных изменений поддерживающего аппарата зуба, включая оценку морфологических изменений круговой связки зуба, состояния ее сосудов, проявлений резорбции костной ткани. При оценке изменений круговой связки зуба также учитывали направление и ход ее волокон. Кроме того, выполняли качественную оценку агрегатного состояния крови в сосудах круговой связки зуба.
Результаты. Морфологический анализ препаратов горизонтального среза у животных группы сравнения показал, что на 5-й неделе после наложения лигатуры отмечается разволокнение связки зуба, на-
рушение хода волокон за счет интерстициального отека. В собственной связке зуба — наличие выраженных периваскулярных отеков (рисунок А). Вместе с этим в отдельных сосудах присутствуют признаки нарушения агрегатного состояния крови — сладж-сепарация крови. Преобладающей популяцией клеток круговой связки зуба являются фибробласты (рисунок Б).
В костной ткани наблюдается разрежение кости по типу лакунарной резорбциии с врастанием соединительной ткани в лакуны (рисунок Б).
Выявлено, что у животных сравнительной группы на 5-й неделе после наложения лигатуры обнаруже-
ны нарушения кровотока в форме сладжирования крови, периваскулярные отеки, а также резорбция кости с разрастанием соединительной ткани, свидетельствующая о выраженной деструкции тканей па-родонтального комплекса.
У животных, которым на 5-й неделе проводили аппликации на десну геля, содержащего микрокапсулы с низкой (0,1 М) концентрацией серебра, местами отмечается разволокнение в круговой связке зуба и нарушенный ход волокон (рисунки В, Г).
В альвеолярной кости наблюдается разрежение костной ткани преимущественно в зоне периваску-
Морфологические изменения у крыс с экспериментальным пародонтитом на фоне применения гелей с высокой (0,25 М)
и низкой (0,1 М) концентрациями серебра: А, Б — круговая связка зуба животного с экспериментальным пародонтитом (А — увеличение ><20; Б — увеличение х5); В, Г — круговая связка зуба животного с экспериментальным пародонтитом после нанесения геля, содержащего микрокапсулы с низкой концентрацией серебра (0,1 М) (В — увеличение ><20; Г — увеличение х5); Д, Е — круговая связка зуба животного с экспериментальным пародонтитом после нанесения геля, содержащего микрокапсулы с высокой концентрацией серебра (0,25 М) (Д — увеличение ><20; Е — увеличение *5)
лярных пространств (рисунок Г). При этом у животных I опытной группы как резорбтивные процессы, так и замещение костной ткани соединительной менее выражены, чем в группе сравнения.
Так, у животных, которым наносили на поверхность десны гель с низким содержанием (0,1 М) серебра, выявлены нарушения целостности круговой связки зуба и деструктивные процессы в кости. Выраженность деструкции костной ткани и ее замещение соединительной у животных данной группы меньше, чем в группе сравнения.
При микроскопии препаратов поперечного среза у животных II опытной группы наблюдается упорядоченный равномерный ход волокон циркулярной связки зуба, интерстициальные отеки не выявлены. Как и в других группах, у животных II опытной группы отмечается сохранение периваскулярных отеков в круговой связке зуба (рисунок Д).
После нанесения геля, содержащего серебряные микрокапсулы с высокой концентрацией (0,25 М), у крыс с пародонтитом в альвеолярной кости признаки резорбтивных процессов в костной ткани альвеолярного отростка выражены слабо (рисунки Д, Е).
Таким образом, у животных, которым наносили на поверхность десны гель с высоким содержанием серебра (0,25 М), деструктивные процессы в кости не были выражены, что подтверждает его большую эффективность по сравнению с гелем, в состав которого входили капсулы с низкой концентрацией на-ночастиц серебра.
Обсуждение. Результаты проведенного исследования демонстрируют развитие дегенеративно-воспалительных изменений, проявляющихся наличием интерстициального отека, а также деструкцией костной ткани в области нижней челюсти у животных с экспериментальным пародонтитом, что согласуется с данными, полученными ранее другими авторами [11]. В то же время в ходе настоящей работы обнаружено, что данные изменения сохраняются три недели после снятия лигатуры, что свидетельствует об их стойкости. Следовательно, использованная в данной работе модификация метода моделирования пародонтита может быть использована для выявления эффективности и безопасности медикаментозной терапии развивающихся нарушений, так как воспроизводит хронический характер течения пародонтита.
Аппликации гелей, содержащих микрокапсулы с наночастицами серебра (0,1 и 0,25 М), у крыс с воспаленными деснами препятствуют развитию деструктивных процессов в тканях поддерживающего аппарата зуба. Данный эффект может быть косвенно обусловлен антибактериальным действием наноча-стиц серебра, что согласуется с многочисленными литературными данными [12-15].
В ходе настоящей работы было отмечено, что гель, содержащий микрокапсулы с серебром (0,25 М), при экспериментальном пародонтите на 5-й неделе не оказывает значимого влияния на морфологические проявления нарушений микроциркуляции. Результаты гистологических исследований, подтверждают данные, полученные ранее при изучении влияния геля, содержащего микрокапсулы с высокой концентрацией серебра, на функциональное состояние микроциркуляторного русла десен и свидетельствующие о наличии слабого раздражающего эффекта и отсутствие выраженной нормализации перфузии при аппликациях на воспаленный пародонт [6]. Между тем у животных II группы наблюдается ни-
велирование деструкции костной ткани альвеолярного отростка, что может указывать на проявление остеогенного эффекта наночастиц серебра, который был описан другими авторами [16].
В результате морфологического анализа у животных с экспериментальным пародонтитом, которым выполняли нанесение геля с высокой концентрацией серебра в капсулах, обнаружено эффективное снижение выраженности деструктивных процессов в костной ткани по сравнению с крысами, которым выполнялись аппликации на десну гелем с низкой концентрацией (0,1 М) серебра. Возможно, это связано с проявлением антибактериального и остеогенного эффектов, которые сильнее выражены у геля, содержащего в составе микрокапсулы серебра высокой концентрации (0,25 М).
Заключение. В ходе эксперимента не было обнаружено признаков негативного влияния разработанных гелей обеих концентраций — низкой (0,1 М) и высокой (0,25 М) на пораженные ткани десны у животных, что подтверждает безопасность их применения. Гели, содержащие альгинатные микрокапсулы с наночастицами серебра, способствуют редукции деструктивных изменений поддерживающего аппарата зуба при пародонтите, что определяет перспективы их клинической апробации у пациентов с воспалительными заболеваниями пародонта. Выраженность эффектов геля повышается с увеличением содержания наночастиц серебра в альгинатных микрокапсулах.
Конфликт интересов. Работа выполнена в рамках государственного задания ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского» Минздрава России «Разработка и патогенетическое обоснование применения системы пролонгированного высвобождения антибактериальных и противовоспалительных веществ для коррекции микроциркуляторных нарушений при экспериментальном пародонтите» (регистрационный номер 121032500024-2).
References (Литература)
1. Sanz М, D'Aiuto F, Deanfield J, Fernandez-Aviles F. European workshop in periodontal health and cardiovascular disease — scientific evidence on the association between periodontal and cardiovascular diseases: a review of the literature. European Heart Journal Supplements 2010; (12): B3-12.
2. GBD 2017 Disease and injury incidence and prevalence collaborators. Global, regional, and national incidence, prevalence, and years lived with disability for 328 diseases and injuries for 195 countries, 1990-2016: A systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2016. Lancet 2017; 390 (10100): 1211-59.
3. Bapat RA, Chaubal TV, Joshi CP, et al. An overview of application of silver nanoparticles for biomaterials in dentistry. Materials science & engineering. C, Materials for biological applications 2018; (91): 881 -98.
4. Yin IX, Zhang J, Zhao IS, et al. The antibacterial mechanism of silver nanoparticles and its application in dentistry. Int J Nanomedicine 2020; (15): 2555-62.
5. Craciunescu O, Seciu A-M, Manoiu VS, et al. Biosynthesis of silver nanoparticles in collagen gel improves their medical use in periodontitis treatment. Journal of Particle Science and Technology 2019; 37 (6): 757-63.
6. Lengert EV, SavkinaAA, ErmakovAV, etal. Influence of the new formulation based on silver alginate microcapsules loaded with tannic acid on the microcirculation of the experimental periodontitis in rats. Mater Sci Eng С Mater Biol Appl 2021; (126): 112144.
7. Xu L, Wang YY, Huang J, et al. Silver nanoparticles: Synthesis, medical applications and biosafety. Theranostics 2020; 10 (20): 8996-9031.
8. Liao C, Li Y, Tjong SC. Bactericidal and cytotoxic properties of silver nanoparticles. Int J Mol Sei 2019; 20 (2): 449.
9. lonel A, Lucaciu O, Moga M, et al. Periodontal disease induced in Wistar rats — experimental study. HVM Bioflux 2015; 7 (2): 90-5.
10. Volodkin DV, Petrov AI, Prevot M, Sukhorukov GB. Matrix polyelectrolyte microcapsules: new system for macromolecule encapsulation. Langmuir 2004; 20 (8): 3398-3406.
11. Shaker WM, Hegazy EM, Ghali LS. Effect of systemic administration of silver nanoparticles in treatment of experimental periodontitis in albino rats. Dental Science Updates 2021; 2 (2): 175-84.
12. Naik K, Kowshik M. The silver lining: towards the responsible and limited usage of silver. J Appl Microbiol 2017; 123 (5): 1068-87.
13. Yang KR, Han Q, Chen B, et al. Antimicrobial hydrogels: promising materials for medical application. Int J Nanomedicine 2018; (13): 2217-63.
14. Siczek K, Zatorski H, Chmielowiec-Korzeniowska A, et al. Evaluation of anti-inflammatory effect of silver-coated glass beads in mice with experimentally induced colitis as a new type of treatment in inflammatory bowel disease. Pharmacol Rep 2017; 69 (3): 386-92.
15. Song W, Ge S. Application of antimicrobial nanoparticles in dentistry. Molecules 2019; 24 (6): 1033.
16. Eivazzadeh-Keihan R, Bahojb Noruzi E, Khanmohamma-di Chenab K, et al. Metal-based nanoparticles for bone tissue engineering. J Tissue Eng Regen Med 2020; (14): 1687-714.
