Без антибиотиков: наночастицы серебра помогут бороться с биопленками синегнойной палочки и золотистого стафилококка

Ученые создали материал с наночастицами серебра и фосфорномолибденовой кислотой, который убивает бактерии и бактериальные биопленки без использования антибиотиков. Он в 10 тысяч раз снижает жизнеспособность биопленок золотистого стафилококка, синегнойной палочки и Acinetobacter baumannii. Такой материал можно использовать в составе покрытий различных поверхностей, требующих длительной защиты от бактериального загрязнения, например медицинских инструментов. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале JCIS Open.

Антибактериальные покрытия широко используются в медицинских учреждениях, пищевых производствах, а также в бытовых условиях для обработки таких предметов как дверные ручки, раковины, столешницы и даже одежда. Они помогают снизить риск распространения инфекций, особенно в местах, где гигиена имеет первостепенное значение. Один из наиболее известных материалов с антибактериальными свойствами — серебро. Ионы этого металла нарушают работу ферментов бактерий, что приводит к образованию токсичных форм кислорода и, в итоге, гибели микроорганизмов. Наибольший эффект при этом проявляет коллоидное серебро, состоящее из наночастиц — чем меньше их размер, тем сильнее антимикробный эффект. Наночастицы серебра способны бороться даже с биопленками бактерий — колониями, погруженными в создаваемый ими полимерный матрикс, а потому особенно устойчивыми к традиционным средствам борьбы с бактериями — антибиотикам и антисептикам. Однако серебро наиболее эффективно в концентрациях, которые могут быть токсичными для клеток человека, поэтому ученые ищут способы повысить активность этого металла, чтобы использовать его в минимальных количествах.

Ученые из Губкинского университета (Москва), Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН (Москва), Химического института Сан Карлоса (Бразилия) и Медицинского университета Караганды (Казахстан) разработали материал с антибактериальным и антибиопленочным эффектом. Он представляет собой композит из наночастиц серебра и фосфорномолибденовой кислоты на носителе из природного минерала галлуазита.

Серебро, нанесенное в виде наночастиц на глинистый носитель, обеспечило антибактериальные свойства материала, а фосфорномолибденовую кислоту авторы использовали, чтобы увеличить бактерицидную активность материала как за счет действия самой кислоты, так и за счет ускорения высвобождения ионов серебра. Такой эффект обеспечивается тем, что фосфорномолибденовая кислота изменяет кислотность среды и, предположительно, играет роль слабого окислителя.

Авторы проверили антибактериальную активность материала, нанося его в плавающие культуры и на биопленки бактерий Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa и Acinetobacter baumannii, вызывающих такие внутрибольничные инфекции как пневмония, болезни мочевыводящих путей и заражение ран. Эксперименты показали, что композит в концентрации 1 грамм на литр подавляет рост Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa и Acinetobacter baumannii на 35%, 49% и 46% соответственно, что оказалось в два раза более эффективным результатом по сравнению с обычными наночастицами серебра. Более того, материал снизил жизнеспособность биопленок этих бактерий более чем на четыре порядка. Несмотря на то, что изготовленный композит необходимо применять в большей концентрации, чем антибиотики, есть надежда, что созданные по этому принципу материалы позволят предотвратить распространение бактерий, устойчивых к антибиотикам.

Полученный материал подходит для локального применения: его можно использовать в составе красок или других материалов для обработки поверхности предметов, мебели, инструментов. Кроме того, при замене фосфорномолибденовой кислоты на биосовместимые компоненты появляется перспектива использовать такие материалы в медицине.

«Проведение хирургических операций часто осложняют хронические болезни пациента или процессы нагноения, возникающие из-за бактериальных заражений. Приходится добавлять локально много антибиотиков, что может вызвать устойчивость бактерий к ним. Сейчас мы работаем над тем, чтобы наш материал можно было включать в состав костных цементов или покрывать им поверхность имплантов, чтобы повысить их приживаемость и избежать нагноения после операции», — рассказал руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дмитрий Копицын, ведущий научный сотрудник Губкинского университета.