Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

АНТИМИКРОБНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, НАНОЧАСТИЦ МЕДИ И ИХ СОЧЕТАННОГО ПРИМЕНЕНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Добрейкин Е.А. 1 Тараскин А.Ф. 1 Урусова А.И. 1 Веретенников С.И. 1 Дьяконов И.Н. 1 Рогожникова Е.А. 1 Суздальцев С.Е. 1
1 ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И.Разумовского Минздрава России»
Изучена выраженность антимикробного действия наночастиц меди, низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) и их сочетанного применения в эксперименте in vitro. Материал и методы. Выраженность антимикробного действия синтезированных наночастиц меди и лазерного излучения в отношении Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus оценивали по оптическому стандарту мутности МакФарланда смешением суточных культур. В первой серии экспериментов культуру микроорганизмов облучали две минуты аппаратом АЛТ «Матрикс», во второй серии-в культуру микроорганизмов вносили суспензию нанопорошка меди, в третьей серии сочетали облучение лазером и внесение наночастиц меди. Результаты. Отмечена низкая антибактериальная активность НИЛИ; при назначении наномеди отмечалось достоверное снижение количества колоний. Выявлен достоверный синергизм антимикробного действия сочетанного использования наночастиц меди и НИЛИ. Заключение. Сочетанное применение НИЛИ и наночастиц меди позволяет получать антибактериальный эффект при более низких концентрациях наночастиц меди, снижая тем самым возможное токсическое действие данного вещества на организм в условиях in vivo.
сочетанное применение
Наночастицы меди
лазерное излучение (НИЛИ)
антимикробная активность
1. Алипов В.В. Новые способы эндоскопической коррекции гастродуоденальной перфорации в экспериментальной хирургии / В.В. Алипов, А.Ф. Тараскин, Н.О. Челнокова [и др.] // Вопросы реконструктивной и пластической хирургии. – 2007. – №3-4. – С. 22-24.
2. Алипов В.В. Экспериментальные обоснование сочетанного применения наночастиц меди и низкоинтенсивного лазерного облучения при хирургическом лечении инфицированных ожоговых ран кожи / В.В. Алипов, П.А. Беляев, А.И. Урусова, Е.А. Добрейкин // Вестник экспериментальной и клинической хирургии. – 2013. – Т. VI, № 4 (21). – С. 411-417.
3. Алипов В.В., Лебедев М.С., Доронин С.Ю., Шаповал О.Г., Алипов Н.В, Лебедева Е.А. Способ комбинированного лечения абсцессов в эксперименте // Патент России 2475251. 2013. Бюл. № 5.
4. Ашмарин Н.П., Воробьев А.А. Статистические методы в микробиологических исследованиях. – Л.: Медгиз., 1962. – 180 с.
5. Колсанов А.В., Алипов В.В., Лебедев М.С., Добрейкин Е.А., Лимарева Л.В. Способ моделирования термической ожоговой раны кожи у лабораторных животных // Патент России №2472232. 2013. Бюл. № 1.
6. Николенко В.Н. Перспективные нанотехнологии в области экспериментальной медицины / В.Н. Николенко, В.В. Алипов, О.А. Фомичева [и др.] // Нанотехника. – 2009. –№ 19. – С. 66-68.
7. Alipov V.V. Lazer nanotechnology in experimetal surgery / V.V. Alipov // International Кongress «EuroMedica 2012». – Hannover, 2012. – Р. 22-23.
8. Bystrzejewska-Piotrowska G. Nanoparticles: Their potential toxicity, waste and environmental management / G. Bystrzejewska-Piotrowska, J. Golimowski, P.L. Urban // Waste Management. – 2009. – Р. 2587-2595.
9. Nishimori H. Silica nanoparticles as hepatotoxicants / H. Nishimori, M. Kondoh, K. Isoda [et al.] // European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. – 2009. – P. 496-501.

Лазерная медицина как прогрессивное направление медицинской науки наиболее точно оценила свое предназначение для экспериментальных исследований [1, 2, 3, 5]. Антиинфекционные механизмы действия НИЛИ отмечены во многих исследованиях [2, 7]. В литературе имеются единичные сообщения о применении наночастиц в экспериментальной хирургии [2, 6]. При изучении антимикробного влияния наночастиц меди на грамотрицательные микроорганизмы установлено, что наибольшими свойствами обладает суспензия наночастиц меди при концентрации 1 мг/мл. Тем не менее, многие наночастицы токсичны и представляют потенциальную опасность для организма [8, 9]. Однако, работ, оценивающих сочетанную антиинфекционную активность НИЛИ и наночастиц металлов в экспериментах исследованиях до настоящего времени не проводилось.

Цель исследования: изучить выраженность антимикробного действия наночастиц меди, лазерного излучения и их сочетанного применения в эксперименте in vitrо. Задачи исследования: Определить влияние НИЛИ на культуры микроорганизмов; определить выраженность антибактериального эффекта различных концентраций наночастиц меди на культуры микроорганизмов (минимально ингибирующая концентрация); изучить антибактериальные свойства наночастиц меди различных концентраций под действием лазерного излучения.

Материал и методы

Ультрадисперсный порошок меди получали термолизом в токе оксида углерода оксалата меди. Последний синтезировали из ацетата меди и щавелевой кислоты. Таким способом удаётся получить ультрадисперсный порошок меди, состоящий из её кластеров, включающих фрагменты от 60 до 80 нм, и обладающих повышенной устойчивостью на воздухе. В ходе проведенного эксперимента проведено 256 исследований направленных на подбор дозировок и способов применения нанопорошка меди. Оптимальной признана дозировка 0,2 мл в концентрации 1000,100,10 мкг/мл в виде суспензии. Наночастицы меди помещали в стерильные пробирки известной массы для удобства дальнейшего получения стерильных суспензий заданных концентраций. В результате проведенных 52 исследований с применением лазерного аппаратом АЛТ «Матрикс», тип МЛО1КР нами определены параметры, пригодные для его использования, как изолированно, так и в сочетании с нанопорошком меди: частота – 80 Гц, мощность излучения – 15 мВт, длина волны – 630 нм.

Исследование антибактериального действия сочетанного применения наночастиц меди и НИЛИ. Выраженность антимикробного действия синтезированных наночастиц меди и НИЛИ в отношении Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus оценивали бактериологичесикми методами. Использовали стандартизированную по оптическому стандарту мутности МакФарланда суспензию микроорганизмов, полученную смешением суточных культур Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus (по 9*108 КОЕ/мл). Полученную суспензию поэтапно разводили стерильным физиологическим раствором до концентрации 3*105 КОЕ/мл.

В первой серии экспериментов культуру микроорганизмов облучали две минуты аппаратом «Матрикс» в режиме: частота – 80 Гц, мощность излучения – 15 мВт, длина волны – 0,65 мкм, время облучения – 2 минуты. Во второй серии в культуру микроорганизмов вносили по 0,2 мл суспензии нанопорошков меди с конечными концентрациями 1000, 100, 10 мкг/мл. В третьей серии сочетали облучение лазером и внесение наночастиц меди. Контролем служила культура микроорганизмов без воздействий и добавок. Сразу и через 1, 2, 3 часа культивирования производили мерный высев (по 0,1 мл) на чашки с мясо-пептонным агаром и через 24 часа инкубации при 370С в условиях перемешивания (50 оборотов в минуту) подсчитывали количество выросших колоний. При проведении статистической обработки руководствовались методикой определения среднего квадратичного отклонения найденных в опыте значений, предложенной И.П. Ашмариным и А.А. Воробьевым [4].

Результаты исследования и их обсуждение

Установлено, что на первом этапе исследования полученные количества выросших колоний сразу после посева существенно не отличались от контроля.

Эксперимент 1-й серии. Через 1 и 2 часа культивирования после лазерного облучения отмечалось снижение количества колоний опытного штамма до (M±s) 199±10 и 1212±35 (p<0,05), соответственно, однако, на третьем часе рост Staphylococcus aureus возобновлялся (рис. 1).

Рис. 1. Количество колоний в зависимости от времени высева после воздействия НИЛИ

Таким образом, эффективность действия лазера констатирована только в течение одного часа, а антибактериальные свойства изолированного НИЛИ признаны недостаточно эффективными.

Эксперимент 2-й серии. Через 24 часа инкубации при 370С высеянных на чашки Петри микроорганизмов, предварительно культивированных 1 час в присутствии ультрадисперсного порошка меди, отмечалось достоверное снижение количества колоний до (M±s) 423±20; 1540±39 и 2446±50 (p<0,05), соответственно, по сравнению с контролем, где отмечался рост в виде газона (сплошной рост). Подобная тенденция сохранялась через 2 и 3 часа культивирования. Нанопорошок меди в концентрации 1 мкг/мл не оказывал влияния на рост опытных культур. Таким образом, в ходе исследования было показано, что опытные концентрации нанопорошков меди (1000 – 10 мкг/мл) вызывают резкое сокращение количества микробных клеток Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus уже в первые часы контакта с культурой при полном подавлении роста через 3 часа воздействия.

Третья серия экспериментов. Сочетание лазерного облучения с опытными концентрациями нанопорошков 1, 100 и 10 мкг/мл через 1 час культивирования привело к еще большему снижению количества клеток до (M±s) 34±6; 125±11 и 2267±48 с последующим отсутствием колоний уже на 2 часу культивирования в 1000 и 100 мкг нанопорошка меди. Через 3 часа рост отсутствовал в концентрациях нанопорошка 1000, 100 и 10 мкг/мл, как при воздействии облучения, так и без него (рис. 2).

Рис. 2. Количество колоний в зависимости от времени высева после сочетанного воздействия НИЛИ и наномеди

Заключение. Установлено, что имеется позитивный потенциал антиинфекционного применения наночастиц меди, особенно при их сочетанном применении с НИЛИ. Нами установлены параметры применения НИЛИ, в ходе проведенных экспериментов были синтезированы и дозированы наночастицы, способные быть использованными в эксперименте. Полученные результаты свидетельствуют, что изолированное применение НИЛИ не обладает достаточно эффективным антибактериальным действием. При оценке результата второй серии эксперимента установлено, что опытные концентрации нанопорошков меди (1000 – 10 мкг/мл) вызывают резкое сокращение количества микробных клеток Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus уже в первые часы контакта с культурой при полном подавлении роста через 3 часа воздействия.

В итоге эксперимента выявлен синергизм антимикробного действия сочетанного использования наночастиц меди и низкоинтенсивного лазерного излучения при воздействии на культуры Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus, что позволяет получать антибактериальный эффект при более низких (менее 1 мкг/мл) концентрациях наночастиц меди, снижая тем самым возможное токсическое действие данного вещества на организм в условиях in vivo.

Рецензенты:

Громов М.С., д.м.н., профессор, ректор НОУ ВПО Медицинский институт «Реавиз» Саратовский филиал, г. Саратов.

Капралов С.В., д.м.н., заведующий 1-м хирургическим отделением, МУЗ «Городская клиническая больница № 2 им. В. И. Разумовского», г. Саратов.


Библиографическая ссылка

Добрейкин Е.А., Тараскин А.Ф., Урусова А.И., Веретенников С.И., Дьяконов И.Н., Рогожникова Е.А., Суздальцев С.Е. АНТИМИКРОБНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, НАНОЧАСТИЦ МЕДИ И ИХ СОЧЕТАННОГО ПРИМЕНЕНИЯ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=15429 (дата обращения: 21.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252