Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,118

ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХИТОЗАНА И НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ В РЕГЕНЕРАЦИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАН

Гладкова Е.В. 1 Бабушкина И.В. 1 Белова С.В. 1 Мамонова И.А. 1 Карякина Е.В. 1 Конюченко Е.А. 1
1 ФГБУ «Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Минздрава России
В экcперименте на 60 беспородных белых крысах-самцах сформирована модель экспериментальной полнослойной кожной раны, инфицированной клиническими и музейным № 754 штаммами Staphylococcus aureus. Изучены особенности метаболических, бактериологических, планиметрических показателей животных, динамика регенерации ран в зависимости от типа возбудителя. У экспериментальных животных выявлены определенные метаболические изменения, заключающиеся в интенсификации процессов перекисного окисления липидов и несостоятельности антиоксидантной системы, а также структурные нарушения при регенерации раневой поверхности, более выраженные в группе животных с раной, инфицированной клиническими штаммами St. aureus. Оценены регенераторные и антибактериальные свойства комплексного препарата, содержащего наночастицы меди и цинка и природный биополимер хитозан в условиях полнослойной гнойной раны, инфицированной музейным и клиническими штаммами St.aureus. Выявлено положительное воздействие препарата на нормализацию метаболического статуса, сокращение сроков эпителизации и формирование полноценных соединительнотканных структур при отсутствии вторичного инфицирования.
раневые покрытия
хитозан
наночастицы меди и цинка
регенерация экспериментальных ран
клинические мецитиллинрезистентный и музейный штаммы St. aureus
1. Колб В.Г., Камышников В.С. Клиническая биохимия (пособие для врачей-лаборантов). – Минск: Беларусь, 1976. – 311 с.
2. Коробейникова Э.Н. Модификация определения продуктов перекисного окисления липидов в реакции с тиобарбитуровой кислотой // Лаб. дело. – 1989. – № 7. – С. 8–10.
3. Куликов С.Н. Исследование бактерицидных свойств хитозана // Рыбпром. – 2010. – № 2. – С 36–41.
4. Пишак В.П., Ярмольчук Г.М. Материал для осуществления внешнего контроля качества определения церулоплазмина // Клин. лаб. диагностика. – 1998. – № 4. – С. 38–44.
5. Скрябин К.Г., Вихорева Г.А., Варламов В.П. Хитин и хитозан: получение, свойства и применение. – М.: Изд-воНаука, 2002. – 368 с.
6. Шаповалов С.Г. Современные раневые покрытия в комбустиологии // ФАР-Миндекс-практик. – 2005. – № 8. – С. 38–46.
7. Lim S.H., Hudson S.M. Review of chitosan and its derivatives as antimicrobial agents and their uses as textile chemicals //J. Macromol. Sci. – 2003. – Vol. 43, № 2. – P. 223–269.
8. Singh M., Singh S., Prasad S., Gambhir I.S. Nanotechnology in medicine and Antibacterial Effect of Silver Nanoparticicles // Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures. – 2008. – Vol. 3, № 3. – Р 115–122.
9. Van Sprang P.A., Janssen C.R. Toxicity identification of metals: development of toxicity identification fingerprints // Environmental Toxicology and Chemistry. – 2001. – Vol. 20, № 11. – P. 2604–2610.
10. Weir E., Lawlor A., Whelan. A., Regan F. The use of nanoparticles in anti-microbial materials and their characterization // Analyst. – 2008. – Vol. 133, № 7. – P. 835-845.

Разработка в эксперименте раневых покрытий для заживления повреждений, вызванных различными механическими, термическими и другими факторами (гнойно-воспалительными, дистрофическими процессами и др.) является актуальной научно-практической задачей [6].

Использование раневых покрытий, отличающихся отсутствием токсичности, способностью к биодеградации и высокой эффективностью в лечении гнойно-воспалительных заболеваний позволяет воздействовать на метаболический дисбаланс в тканях при сохранении активности факторов регенерации.

Пристальное внимание уделяется покрытиям на основе хитозана, обладающего помимо широкого спектра биологических свойств высокой биосовместимостью и биодеградируемостью [5, 9]. Немаловажным фактором являются антибактериальные свойства данного природного полимера [3, 7].

Исследование свойств наночастиц металлов показало их ранозаживляющую активность, регенерирующие и бактерицидные свойства, что делает перспективным их использование для лечения гнойно-воспалительных осложнений в составе раневых покрытий. Биологически активные наночастицы металлов обладают пролонгированным действием из-за наличия на их поверхности защитного оксидного или гидрооксидного слоя, предотвращающего быстрое растворение металла и образование многочисленных, продолжительно действующих очагов ионов [8, 10].

Цель работы: оценка влияния комплексного препарата на основе хитозана и наночастиц металлов на репаративную регенерацию в условиях полнослойной гнойной раны, инфицированной музейным и клиническим штаммами Staphylococcus aureus.

Материалы и методы исследования

В исследование применялся комплексный препарат (заявка № 2012119622 приор. от 16.05.12 г. – положительное решение на выдачу патента 21.01.2013 г.), состоящий из нанопорошков меди и цинка, полученных с помощью плазменной технологии, основанной на испарении сырья до частиц ультрадисперсного размера в плазменном потоке с температурой 5000–60000 К, а также хитозана пищевого (качество соответствует ТУ 9289-067-00472124-03, произведенного ЗАО «БИОПРОГРЕСС», г. Москва).

Объектом исследования явились 60 белых крыс-самцов, весом 130–140 г, у которых формировали полнослойную кожную рану размером 20×20 мм в межлопаточной области. Рану инфицировали музейным штаммом № 254658 S. aureus (MRSA) NCTC 13373/ATCC 43300 и клиническим метициллинрезистентным штаммом S. aureus № 754, выделенным от больного травматолого-ортопедического профиля.

Животные были разделены на 4 группы по 15 крыс в каждой:

1 группа (сравнения) – крысы с полнослойной кожной раной, инфицированной клиническими штаммами St.aureus, рана заживала естественным путем;

2 группа (опытная) – крысы с полнослойной кожной раной, инфицированной клиническими штаммами St. aureus, получавшие лечение комплексным препаратом;

3 группа (сравнения) – крысы с раной, инфицированной музейными штаммами St.aureus, рана заживала естественным путем;

4 группа (опытная) – животные, инфицированные музейными штаммами St.aureus, получавшие лечение комплексным препаратом.

Для оценки эффективности лечения использовали экспериментальные, планиметрические, цитологические, гистологические, микробиологические, биохимические и статистический методы.

Бактериологическое исследование гнойной раны включало количественное изучение раневой микрофлоры в динамике на 1-е, 3-и, 5-е, 7-е, 14-е сутки лечения. Гистологическую оценку тканей раневой поверхности производили с использованием окрашивания препаратов альциановым синим для выявления кислых гликозаминогликанов и по Маллори трихром для выявления коллагена. Интенсивность процессов эпителизации оценивали с помощью морфометрических измерений толщины эпидермиса с использованием окуляр-микрометра. Биохимические исследования включали в себя определение показателей липопероксидации (содержание малонового диальдегида (МДА) в сыворотке крови экспериментальных животных [2] и антиоксидантной защиты (активность церулоплазмина [1, 4].

Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью программы «Statistica 6.0», предназначенной для оценки результатов медицинских и биологических наблюдений, с вычислением средней арифметической (М), среднеквадратического отклонения (σ), средней ошибки средней арифметической (m), коэффициента достоверности (t), показателя вероятности (р).

Результаты исследования и их обсуждение

Формирование гнойного процесса обеспечивали путем внесения 1 мл суспензии S. aureus в количестве 1·109 КОЕ/мл на раневую поверхность. Через 3 суток отмечали характерные местные проявления и изменения картины периферической крови, наличие в ране монокультуры золотистого стафилококка при отсутствии другой сапрофитной флоры.

Нанесение комплексного препарата осуществляли однократно на область раны из расчета 1 г на 400 мм2 поверхности.

Во 2-й (опытной) группе уже к 3-м суткам с момента начала лечения происходило снижение обсемененности ран по сравнению с группой животных, не получавших лечения, бактериальная флора была представлена монокультурой S. aureus. Под влиянием препарата происходило более динамичное заживление экспериментальной раны, чем у животных группы сравнения. К 7-м суткам с начала лечения рана полностью очищалась от возбудителя. В то же время у крыс 1 группы (сравнения) рана оставалась инфицированной S. aureus до 21-х суток (3·103 КОЕ/г). Кроме того, у 6 животных отмечалось вторичное инфицирование – высевалась Escherichia coli в количестве 6·105 КОЕ/мл (табл. 1).

Во 4-й (опытной) группе нанесение комплексного препарата на инфицированную раневую поверхность также приводило к снижению бактериальной обсемененности, начиная с 3-х суток с начала лечения в отличие от показателей в 3-й группе сравнения. У крыс 4-й опытной группы отмечено прекращение бактериального роста также на 7-е сутки. В 3-й группе сравнения у животных, инфицированных музейным штаммом, в отличие от 1-й группы сравнения отмечено прекращение бактериального роста уже на 16-е сутки с начала наблюдений. Вторичного инфицирования не отмечено. При бактериологических исследованиях у крыс 3-й группы на всем протяжении наблюдения выделена только монокультура S. aureus, другой сапрофитной флоры не обнаруживали.

Исследованы биохимические показатели сыворотки крови крыс на 7-е сутки с начала лечения. Было обнаружено снижение уровня МДА и активности церулоплазмина в опытной группе по сравнению с группой животных без лечения. Причем выявленные изменения имели более выраженную динамику в опытной группе животных, инфицированных музейными штаммами по сравнению с опытной группой, инфицированной клиническими штаммами. Та же направленность изменений биохимических параметров наблюдалась и в группе сравнения. Под воздействием комплексного препарата происходила постепенная нормализация показателей, что было более выражено в группе, инфицированной музейным штаммом (табл. 2).

Таблица 1

Количественное определение микроорганизмов на 1 г ткани у экспериментальных животных (КОЕ/г, М ± m)

Серии экспериментов

1-е сутки

3-и сутки

5-е сутки

7-е сутки

Группа 1 (n = 15)

(5,8 ± 1,3)·106

(7,1 ± 2,1)·108

(2,4 ± 1,7)·109

(7,3 ± 3,0)·108

Группа 2 (n = 15)

(6,0 ± 1,4)·106

(4,1 ± 2,5)·102

р ˂ 0,001

(5,9 ± 1,4)·102

р ˂ 0,001

Роста нет

Группа 3 (n = 15)

(5,3 ± 2,1)·106

(6,9 ± 1,8)·106

(2,0 ± 1,3) 105

(6,9 ± 2,8) 103

Группа 4 (n = 15)

(6,2 ± 1,5)·106

(5,1 ± 2,3)·102

р ˂ 0,001

(5,3 ± 1,1)·101

р ˂ 0,001

Роста нет

Примечание: р – разница показателей в группе сравнения и соответствующей опытной группе.

Таблица 2

Биохимические показатели МДА и ЦП в сыворотке крови экспериментальных животных на 7-е сутки наблюдения

Показатель

Животные, инфицированные клиническими штаммами St. aureus

Животные, инфицированные музейным штаммом St. aureus

Группы животных

Группа 2

Группа 1

Группа 4

Группа 3

Активность церулоплазмина

21,79 ± 0,47

р ˂ 0,001

18,8 ± 0,52

24,03 ± 0,46

р ˂ 0,001

19,78 ± 0,55

Содержание МДА

3,38 ± 0,16

р ˂ 0,05

3,94 ± 0,11

3,01 ± 0,09

р ˂ 0,01

3,55 ± 0,14

Примечание: р – разница показателей в группе сравнения и соответствующей опытной группе.

Морфометрическое изучение характеристик раневой поверхности на 10-е сутки демонстрировало увеличение толщины эпидермиса на 42 % у животных опытных групп, инфицированных клиническим штаммом, и на 53 % – музейным штаммом по сравнению с соответствующими группами, не получавшими лечения. В эпидермисе обеих опытных групп наблюдалось упорядоченное расположение кровеносных сосудов в отличие от групп сравнения. Кроме того, в участках активного кровообращения отмечена выраженная пролиферация фибробластов у животных, инфицированных клиническим штаммом.

На 21-е сутки наблюдения у животных обеих опытных групп отмечено формирование полноценных кожных структур со сформированными сальными железами, тогда как в группах сравнения происходило образование рубцовой ткани, характеризующейся накоплением сульфатированных гликозаминогликанов. Структурные компоненты соединительной ткани зоны раны у животных опытных групп были представлены зрелым коллагеном, расположенным горизонтально. У крыс групп сравнения в те же сроки отмечено наличие участков метахромазии, коллагеновые волокна расположены хаотично, реже ‒ вертикально по ходу сосудов.

Заключение

Таким образом, клинические штаммы St. aureus приводят к более выраженным метаболическим и структурным изменениям, чем музейный штамм данного возбудителя. Комплексный препарат на основе хитозана и наночастиц меди и цинка проявляет выраженный антибактериальный эффект при использовании в условиях экспериментальной раны, инфицированной клиническими штаммами St. aureus, кроме того, способствует нормализации биохимических показателей липопероксидации, сокращает сроки заживления инфицированных ран.

Выводы

Разработанный комплексный препарат на основе наночастиц меди и цинка и хитозана эффективен в отношении экспериментальных ран, инфицированных как музейным, так и клиническими штаммами St. aureus.

Рецензенты:

Девдериани З.Л., д.м.н., профессор, зав. лабораторией иммунодиагностики, ФКУЗ «Российский научно-исследовательский противочумный институт «Микроб», г. Саратов;

Гладилин Г.П., д.м.н., профессор, зав. кафедрой КЛД, ГБОУ ВПО «СГМУ им. В.И. Разумовского» Минздрава России, г. Саратов.

Работа поступила в редакцию 19.06.2013.


Библиографическая ссылка

Гладкова Е.В., Бабушкина И.В., Белова С.В., Мамонова И.А., Карякина Е.В., Конюченко Е.А. ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ХИТОЗАНА И НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ В РЕГЕНЕРАЦИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ РАН // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 7-3. – С. 530-533;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=32049 (дата обращения: 19.06.2018).

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