Введение к работе
Актуальность темы. Возбудителями гнойно-септических заболеваний человека и животных являются условно-патогенные микроорганизмы пограничных тканей - кожи и слизистых оболочек, а также некоторые бактерии, обитающие в окружающей среде. К условно-патогенным микроорганизмам, прежде всего, относятся грамположительные кокки, грамотрицательные бактерии семейства Enterobacteriaceae, родов Pseudomonas и неспорообразующие анаэробы, дрожжеподобные грибы Candida spp.
Условно-патогенные микроорганизмы обладают высокой пластичностью, быстро приобретают резистентность к антибиотикам и антисептикам, что связано с выраженной гетерогенностью популяций, мутациями, высокой скоростью размножения. В результате чего антимикробные препараты способствуют непреднамеренному отбору, выживанию и размножению устойчивых особей, дающих потомство (Тимофеев, 2007; Martinez, 2009; Hawkey и др., 2009). Кроме того, клетки, за счёт которых осуществляется первая линия защиты от инфекции, в первую очередь, резидентные макрофаги, не воспринимают их как чужеродные агенты из-за наличия в клеточных стенках этих бактерий особых конформационных изменений (Домарадский и др., 2002).
Антисептики и антибиотики применяются давно, поэтому их влияние на микробные клетки и популяции изучены достаточно полно. Установлены мишени для действия этих препаратов. Вместе с тем микроорганизмы способны эти мишени видоизменять, маскировать, активизировать работу ферментов, разрушающих или метаболизирующих антимикробные агенты (Падейская, 2000). Поэтому постоянно ведутся поиски новых способов воздействия на условно-патогенные и патогенные бактерии и грибы. Одним из таких способов является применение наноматериалов, т.е. материалов, имеющих размеры до 100 нм.
Наноматериалы, вследствие своих малых размеров, обладают уникальными физико-химическими и биологическими свойствами, совмещая в себе качества частиц – квантов и волны (Арсеньтьева и др., 2009). Они могут встраиваться в цитоплазматические мембраны эукариотических и прокариотических клеток, проникать в их цитоплазму, вступать во взаимодействие с нуклеиновыми кислотами (Фолманис и др., 2009).
Степень разработанности темы. Наноматериалы обладают бактерицидными свойствами по отношению к грамположительным и грамотрицательным прокариотам (Медведева, 2006). Это установлено и in vitro, и in vivo, особенно для наночастиц серебра (Чекман, 2009; Уша и др., 2012).
В литературе приводится очень мало сведений об изменчивости культуральных и морфологических свойств у отдельных видов грамположительных и грамотрицательных бактерий, контактирующих с наноматериалами (Нечаева и др., 2011). Противоречивы данные о токсических свойствах наноматериалов. Отсутствуют сведения, касающиеся исследований влияния наноматериалов железа, кремния и золота на морфологические, культуральные и биохимические свойства условно-патогенных микроорганизмов, на их чувствительность к антибиотикам; взаимодействия нагруженных наночастицами бактерий с эукариотическими клетками и организмом в целом. Также нет данных о морфологических изменениях в клетках и тканях биопробных животных, в том числе в ранах, обработанных коллоидным золотом в наноформе.
Учитывая вышеизложенное, были поставлены следующие цель и задачи работы.
Цель работы – изучить эффективность препаратов, полученных методом нанотехнологий для лечения гнойно-септических ран и обосновать целесообразность их внедрения.
Задачи работы:
-
Определить токсикологические свойства наночастиц железа, кремния и золота.
-
Изучить фармакологические свойства наночастиц железа, кремния и золота.
-
Выбрать на основании сравнительных фармакотоксикологических исследований наиболее эффективный наноматериал, который может быть использован для разработки лечебного препарата, санирующего глубокие инфицированные раны.
Научная новизна. Впервые были изучены фармакотоксикологические свойства наночастиц железа, кремния и золота размером 15–30 нм.
Определено влияние наноматериалов железа, кремния и золота на морфологические, культуральные свойства условно-патогенных микроорганизмов, некоторые факторы их патогенности, чувствительность к антибиотикам.
Выявлено, что наноматериалы всех изученных химических элементов адгезируют в виде кластеров на поверхность бактериальных клеток, а наножелезо в восстановленной форме поступает в цитоплазму. Изучен процесс адгезии различных штаммов Escherichia coli на поверхности кремниевых пластин.
Впервые с помощью цитологических и гистологических методов исследовано in vitro и in vivo действие наночастиц на клетки и ткани макроорганизма. Установлено, что из всех изученных наночастиц только золото не обладало повреждающим действием, стимулировало приток макрофагов к месту своего введения, активизировало их, подавляло воспалительный процесс в ранах, обеспечивало освобождение от условно-патогенных бактерий и заживление первичным натяжением.
Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные позволяют теоретически обосновать ранозаживляющий эффект наночастиц золота, которые эффективно подавляют размножение условно-патогенных бактерий за счёт адгезии на клеточных стенках, снижают выделение факторов патогенности, повышают чувствительность к антибиотикам. Одновременно оно стимулируют клеточные механизмы защиты и пролиферативные процессы в ранах. На основе наночастиц золота разработан лекарственный препарат для лечения ран у животных, на который получен Патент «Лекарственный препарат для лечения ран у животных» № 2431481. Препарат успешно прошёл испытание на лабораторных, мелких непродуктивных животных с открытыми гнойными ранами и на сельскохозяйственных животных с кастрационными и спонтанно полученными ранами.
Положения, выносимые на защиту:
-
Физико-химические свойства наноматериалов железа, кремния и золота.
-
Результаты фармакотоксикологических исследований свойств наноматериалов железа, кремния и золота.
-
Эффективность применения препаратов нанозолота в качестве антисептика при экспериментальных, спонтанных и хирургических ранах.
Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности результатов подтверждается использованием широко известных и проверенных методов цитологических, гистологических, иммунологических и микробиологических исследований и оценки общей токсичности нанопрепаратов, на экспериментальных животных и в ходе клинических испытаний на сельскохозяйственных животных, проведённых на современном уровне со статистической обработкой полученных результатов.
Результаты диссертации были обсуждены и получили положительную оценку на: Международных научно-практических конференциях «Вавиловские чтения» (Саратов, 2007, 2008, 2010); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы повышения эффективности агропромышленного комплекса» (Курск, 2008); конференции по итогам научно-исследовательской и производственной работы студентов (Саратов, 2009); Второй Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы современной химии» (Астрахань, 2008); рабочем совещании «Инновационные подходы в профилактике, диагностике и лечении зооантропонозных и метаболических болезней животных и человека в Саратовской области» (Саратов, 2009); научно-практической конференции «Актуальные проблемы ветеринарной патологии, физиологии, биотехнологии, селекции животных» (Саратов, 2010); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной ветеринарии» (Краснодар, 2011); научно-практической конференции с международным участием «Окружающая среда и здоровье» (Саратов, 2012); 7-м Саратовском Салоне инноваций (Диплом второй степени и серебряная медаль).
По материалам диссертационной работы опубликовано 15 работ, из них 5 в изданиях, включённых в перечень ведущих рецензируемых журналов и изданиях ВАК РФ. Опубликована 1 монография.
Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 161 страницах компьютерного текста, содержит 23 таблицы, 36 рисунков; состоит из трёх глав, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Список литературы включает в себя 173 источника, в том числе 42 иностранных авторов.
