ANTIBACTERIAL EFFECT OF MODIFYING SILVER NITRATE MONTMORILLONITE CLAY CONTAINING

Буханов В.Д , Шапошников А.А , Покровский М.В , Везенцев А.И , Косовский Ю.А.⁵, Маголин Г.Ф.⁶, Панькова О.Н.⁷, Подпорин С.С.⁸, Охримчук Д.П.⁹, Круть У.А.¹⁰

¹ Кандидат ветеринарных наук, доцент, НИУ БелГУ; ²доктор биологических наук, профессор, НИУ БелГУ; ³доктор медицинских наук, профессор, НИУ БелГУ; ⁴доктор технических наук, профессор, НИУ БелГУ; ⁵ кандидат медицинских наук, доцент, НИУ БелГУ; ⁶учебный мастер, НИУ БелГУ; ⁷соискатель, НИУ БелГУ; ⁸ассистент, НИУ БелГУ; ⁹аспирант; ¹⁰аспирант

АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЙ ЭФФЕКТ МОДИФИЦИРОВАНОЙ НИТРАТОМ СЕРЕБРА МОНТМОРИЛЛОНИТ СОДЕРЖАЩЕЙ  ГЛИНЫ

Грант РФФИ 01201265026.

Аннотация

Приведены результаты антибактериального действия модифицированной нитратом серебра монтмориллонит содержащей глины к широкому спектру микроорганизмов.

Ключевые слова: серебро, монтмориллонит содержащая глина, антибактерильное действие, антисептик.

Buchanov V.D.¹, Shaposhnikov A.A.², Pokrovsky M.V.³, Vezentsev A. I.⁴, Kosovsky U.A.⁵, Magolin G.F.⁶, Pankova O.N.⁷, Podporin S.S.⁸, Okhrimchuk D.P.⁹, Krut U.A.¹⁰

¹PhD in Veterinary, associate professor, NRU BSU; ²doctor of Biology science, professor, NRU BSU; ³doctor of Medical science, professor, NRU BSU; ⁴doctor of Technical science, professor, NRU BSU; ⁵PhD in Medical, professor, NRU BSU; ⁶educational master, NRU BSU; ⁷postgraduate student; ⁸assistant, NRU BSU; ⁹postgraduate student; ¹⁰postgraduate student

ANTIBACTERIAL EFFECT OF MODIFYING SILVER NITRATE MONTMORILLONITE CLAY CONTAINING

Abstract

The results of the antibakterial action of silver nitrate modified montmorillonite clays containing a broad spectrum of microorganisms.

Keywords: silver, containing montmorillonite clay, antibakterial action, antiseptic.

Актуальность проблемы и краткий обзор литературных данных. На фоне переоценки места антибиотиков в профилактике и лечении гнойно-воспалительных заболеваний повышается интерес к антисептикам. Последние представляют химические вещества, обладающие противомикробным действием и использующиеся для нанесения на повреждённую и неповреждённую кожу, слизистые оболочки, полости и раны в целях лечения и предупреждения развития местных инфекционных поражений и сепсиса.

Учитывая широко известные антисептические свойства ионов серебра, идея создания и практического использования в медицине антимикробного серебросодержащего средства пролонгированного действия с высокими сорбционными и антитоксическими свойствами не теряет актуальности [5,8,13,14].

Принимая во внимание тот факт, что организм человека может накапливать различные потенциально опасные для здоровья вещества, необходимо корригировать состояние раны и снижать общую токсическую нагрузку [4].

Сорбенты – это вещества, которые оказывают положительное  действие на биологические поверхности организма или способны к выведению из него самых различных токсических  веществ. Принципиальным недостатком большинства известных сорбентов является их неселективность, что значительно осложняет прогнозируемое применение. Однако, возможно придание сорбентам селективности путём иммобилизации на их поверхности  специфических лигандов (микро- и макроэлементы, кластеры металлов, витамины, ферменты, аффинные рецепторы на конкретные биомолекулы, адаптогены, БАДы, антибиотики, цитокины, иммуномодуляторы, иммуноглобулиныи) [9,11].

Современные технологии позволяют готовить селективные  препараты серебра в самых разнообразных лекарственных формах, а именно: в виде раствора, геля, крема, аэрозоля, порошка, перевязочных материалов [1-3, 6,7]. Такое разнообразие лекарственных форм препаратов серебра делает универсальными. Терапевтический эффект, местно применяемых антибактериальных препаратов серебра, прямо пропорционален площади контакта лекарственной субстанции с раной. В свою очередь скорость извлечения Ag⁺ с поверхности препарата в рану обеспечивает надёжную защиту раны от патогенной микрофлоры в течении длительного времени. Одним из вариантов решения проблемы минимизации расхода серебра в лекарственной субстанции, является нанесение мелкодисперсного серебра на поверхность биологически инертного адсорбента с развитой поверхностью. В качестве адсорбентов могут быть использованы активированный уголь, алюмосиликаты, т.е. цеолиты, а также другие носители, отвечающие необходимым требованиям, предъявляемым к медицинским препаратам [12].

Иммобилизация серебросодержащих комплексов на поверхности энтеро- или вульнеросорбентов позволяет получать целый спектр новых комплексных препаратов, сочетающих в себе сорбционные свойств и качества, присущие препаратам серебра и в ряде случаев, повысить удельную активность серебра за счёт перехода от объёмных концентраций к поверхностным.

Перечень модифицированных серебром зарубежных и отечественных препаратов, в том числе  перевязочных и гигиенических средств достаточно обширен.

Для использования в медицине японские учёные предложили ряд композиций на минеральных носителях, где в качестве адсорбента используются алюмосиликатные цеолиты, в которых ионы Na⁺ замещены на катионы Ag⁺, Cu⁺, Zn²⁺  или NH₄⁺ [15].

В патенте [3] США приведены примеры изготовления и состава антибактериальных композиций, а также результаты испытания их биоцидной активности. В качестве сорбентов-носителей для серебра и меди использовались Al₂O₃, SiO₂, MgO, оксиды переходных металлов, лантаноидов.

Мексиканские исследователи предложили многокомпонентную аэрозольную бактерицидную композицию [1] для лечения ожогов, инфицированных ран, язв, псориаза, фурункулов, гангренозных отёков, а также для ускоренного заживления рубцов после хирургического вмешательства. В её состав входят: бактерицидный компонент ~ 3% частиц серебра с диаметром 1-10 мкм; 1,5% окислителя (перекись бензоила и др); ~5%болеутоляющих, местно анестезирующих веществ, например, хлоргидрата лидокаина; тонкоизмельчённый бентонит, предварительно подвергнутый обезвоживанию и стерилизации прокаливанием при 700-900˚С.

В Новосибирске группой учёных по руководством Е.М. Благитко создана мазь «Гидпрпент» для лечения послеоперационных ран, а также застаревших, обильно обсеменённых патогенной микрофлорой, трудно заживляющих ран, переходящих в трофические. Данный препарат является эффективным лекарственным средством, обладающим широким спектром воздействия. Мазь содержит коллоидное серебро, его стабилизатор – поливинипирролидон, гель полиэтиленоксида-1500 в качестве основы, а также прополис, метнонидазол и сорбент, выбранный из группы природных минералов на основе алюмосиликатов [6].

Введя в состав цеолита серебро, новосибирские исследователи разработали  антибактериальное средство «Арголит»  для лечения инфицированных ран [7]. Препарат представляет собой порошок цеолита Холинского месторождения, содержащий кластерное серебро в количестве 0,1-0,4% вес. с размерами кластеров 17-20 Ǻ.

Немецкие повязки Тender-wet фирмы «Paul Hartmann AG» используются для местного лечения ран во влажной среде, особенно плохо заживающих, таких как гангрена, пролежни, трофическая язва, и инфицированные раны. Тender-wet представляют собой многослойную раневую повязку, содержащую в качестве дренирующего сорбента полиакрилат. Сорбент обеспечивает эффективное удаление гнойного экссудата и способствует очищению ран, а также создаёт в ране влажную среду для формирования грануляционной ткани и ускоренного процесса эпителизации [2].

Основным недостатком многих известных лекарственных средств является высокая стоимость и недостаточная антибактериальная активность. При этом у возбудителей раневой инфекции часто развивается резистентность к антибактериальным средствам, что приводит к нарушению микроэкологии в ране.

Исходя из вышесказанного, целью нашего исследования являлось изучение антибактериальных свойств  сорбента содержащего катионы серебра.

В задачи исследования входило:

• разработка эффективного и экономически целесообразного способа получения модифицированной нитратом серебра монтмориллонит содержащей глины;
• изучение антимикробной активности модифицированной нитратом серебра монтмориллонит содержащей глины к широкому спектру микроорганизмов.

Материалы и методы. Для получения модифицированной глины исходный минерал, содержащий 5-70 масс. % монтмориллонита, обрабатывали несколькими способами с разной концентрацией растворов серебра нитрата и при различных температурных режимах: 1) 0,16-9,9 масс.%, перемешивали при температуре от 10˚С до температуры кипения смеси; 2) 3,2 масс.%, перемешивали  при температуре кипения смеси; 3) 0,16 масс.%, перемешивали при температуре 10-30˚С; 4) 9,9 масс.%, перемешивали при температуре 10-30˚С. Во всех вариантах соотношение глины и раствора нитрата серебра было 1:5, а продолжительность обработки при постоянном перемешивании составляла 3-7 часов. Далее, с целью удаления избытка нитрата серебра, модифицированный продукт промывали дистиллированной водой (рН 5-6). Затем отстаивали при комнатной температуре с ограничением доступа прямых солнечных лучей, декантировали и высушивали при температуре 100-120˚С, в результате чего получали мягкий, легко измельчаемый глинистый материал от светло- до тёмно-коричневого оттенка [12].

Химический состав обогащённой глины и модифицированных композиционных образцов определяли методом ренгентфлуоресцентного анализа на рентгеновском спекометре ARL OPTIM^’X.

Определение чувствительности грамположительных и грамотицательных бактерий, а также дрожжеподобных грибков к монтмориллонит содержащим глинам модифицицированных ионами серебра, проводили в стерильных условиях на плотных питательных средах с рН 7,2-7,4. Культивирование Escherihia coly, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella dublin, Salmonella enteridis,  Staphilococcus hyicus, Staphylococcus intermedius, Staphyliciccus aureus осуществляли на мясопептонном агаре (МПА), а Proteus vulgaris  и Candida albicans – на кровяном агаре. В питательную среду, охлаждённую до 45-48˚С, вносили взвесь исследуемого микроорганизма из расчёта 1·10⁷ колониеобазующих единиц (КОЕ) на 1 мл МПА или кровяного агара и быстро разливали по чашкам петри, в которые предварительно были помещены стерильные навески исследуемого композиционного препарата. После тщательного перемешивания диапазон концентрации изучаемого образца в 1 мл питательной среды колебался от 1,56 до 100 мг [10].

Учёт результатов определения чувствительности микроорганизмов к глинистым образцам в зависимости от их концентрации в мясо-пептонном агаре и кровяном агаре проводили после их культивирования в термостате при температуре 37˚С в течении 16-18 часов.

Результаты и обсуждение. Было произведено обогащение монтмориллонит содержащей глины серебра нитратом. В результате проведённых исследований установлено содержание серебра в первой-пятой пробах соответственно: 0,10; 0,20; 3,36; 3,61; 4,35 (масс.%).

На следующем этапе,  было изучено влияние содержания серебра в глине и концентрации сорбента в МПА и кровяном агаре на рост патогенных штаммов.

Динамику снижения бактериологической концентрации микрооранизмов (в сравнении с контролем) в зависимости от содержания серебра (масс.%) и количества сорбента на 1 мл питательной среды можно проследить на рис.1 (а-и).

Рис.1.а. Salmonella dublin

Рис.1.б. Salmonella enteridis

Рис.1.в. Staphilococcus hyicus

Рис.1.г. Staphylococcus aureus

Рис.1.д. Staphylococcus intermedius

Рис. 1.е. Esherichia coli

Рис. 1.ж. Pseudomonas aeruginosa

Рис. 1.з. Proteus vulgaris

Рис. 1.и. Candida albicans

Результаты исследования показали, что модифицированные формы сорбента с концентрацией серебра 3,36, 3,61 и 4,35 масс.% обладали более выраженным бактериостатическим действием, чем формы сорбента с концентрацией серебра 0,1 и 0,2 масс.%.

Сорбенты, с содержанием серебра 3,36 и 3,61 масс.%, подавляли рост Escherihia coly, Pseudomonas aeruginosa, , Staphylococcus intermedius, Staphyliciccus aureus, Candida albicans при концентрации сорбента 12,5 мг на 1 мл питательной среды. В то же время,  форма сорбента с содержанием 4,35 масс.% угнетала рост данных микроорганизмов при концентрации 6,25 мг на 1 мл питательной среды.

Угнетающее действие на рост микроорганизмов Salmonella dublin, Salmonella enteridis, Proteus vulgaris проявляли сорбенты с содержанием серебра 0,1 и 0,2 масс.% при концентрации 6,25 мг на 1 мл питательной среды . Однако, при данной концентрацией серебра  на штаммы Escherihia coly, Pseudomonas aeruginosa, Staphyliciccus aureus, Staphilococcus hyicus, Staphylococcus intermedius и Candida albicans также наблюдалось угнетающее действие на рост колоний, но при концентрации сорбента 25 мг на 1 мл питательной среды.

Однако, было замечено, что при использовании сорбента с низким содержанием ионов серебра (до 0,2 масс.%) патогенная микрофлора проявляла усиленный рост в сравнении с контролем.

Таким образом, оптимальным для подавления роста исследованных патогенных штаммов является сорбент с содержанием серебра 4,35 масс.% при концентрации сорбента 6,25 мг на 1 мл питательной среды, который был выбран для лечения модельных кожно-мышечных ран экспериментальных животных.

Заключение. Разработан эффективный способ получения модифицированной нитратом серебра монтмориллонит содержащей глины, отличающийся экономичностью используемых реактивов и меньшей продолжительностью процесса.

Изучена антимикробная активность модифицированной серебра нитратом монтмориллонит содержащей глины к широкому спектру микроорганизмов Определено оптимальное содержание серебра в сорбенте составившее 4,35 масс.%  при концентрации сорбента 6,25 мг на 1 мл питательной среды.