CC BY
3УДК 57.085.2:57.017.35
https://doi.org/10.29296/25877313-2022-11-04
© Коллектив авторов, 2022
АНТИМИКРОБНАЯ И АНТИМИКОТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ КОСТНОГО МАТРИКСА, ИМПРЕГНИРОВАННОГО РАСТВОРОМ САНГВИРИТРИНА
ПОСЛЕ СТЕРИЛИЗАЦИИ ОЗОНО-КИСЛОРОДНОЙ СМЕСЬЮ
Ю.Ю. Литвинов
к.б.н., вед. науч. сотрудник, научно-исследовательский и учебно-методический центр биомедицинских технологий, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений» (Москва, Россия) E-mail: [email protected] В.П. Панин
к.б.н., вед. науч. сотрудник, научно-исследовательский и учебно-методический центр биомедицинских технологий, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений» (Москва, Россия) E-mail: [email protected] В.В. Краснов
д.б.н., гл. науч. сотрудник, научно-исследовательский и учебно-методический центр биомедицинских технологий, ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт лекарственных и ароматических растений» (Москва, Россия) E-mail: [email protected]
Актуальность. В настоящее время продолжает оставаться актуальной проблема создания имплантационных материалов на основе биодеградируемых полимеров природного происхождения с заданными свойствами.
Цель исследования - оценка антимикробных свойств образцов костного матрикса, импрегнированных раствором сангви-ритрина после стерилизации озоно-кислородной смесью.
Материал и методы. В работе использовали цилиндрические образцы кортикальной кости и костного матрикса, импрегниро-ванные субстанцией сангвиритрина - лекарственным средством растительного происхождения. Образцы стерилизовали озоно-кислородной смесью с концентрацией озона 8 мг/л. Антимикробную активность проверяли с использованием штаммов бактерий: Staphylococcus aureus, Escherichia coli; штаммов микромицетов: Aspergillus niger, Cladosporium herbarum. Результаты. В исследовании установлено отсутствие существенного влияния озоно-кислородной стерилизации с концентрацией озона 8 мг/л и продолжительностью 15 мин в проточном режиме на антибактериальные и антимикотические свойства исследуемых костных образцов импрегнированными раствором антимикробного и противогрибкового лекарственного средства растительного происхождения - сангвиритрин. Высвобождаемые после стерилизации из деминерализованного и деорганифицирован-ного костного матрикса алкалоиды сангвиритрина не утрачивают своих антимикробных и антимикотических свойств в отношении грамположительных и грамотрицательных бактерий, а также микромицетов.
Заключение. Предложенный в исследовании подход может быть использован с целью дальнейшего совершенствования и разработки новых имплантационных препаратов с заданными антимикробными свойствами и способов их стерилизации.
Ключевые слова: костные имплантаты, сангвиритрин, стерилизация, озоно-кислородная смесь.
Для цитирования: Литвинов Ю.Ю., Панин В.П., Краснов В.В. Антимикробная и антимикотическая активность костного матрикса, импрегнированного раствором сангвиритрина после стерилизации озоно-кислородной смесью. Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2022;25(11):23-28. https://doi.org/10.29296/25877313-2022-11-04
В настоящее время разработка и получение имплантационных биоматериалов и препаратов является стремительно развивающимся направлением в современной науке. В связи с этим продолжает оставаться актуальной проблема создания материалов медицинского назначения на основе биодегра-дируемых полимеров природного происхождения с заданными свойствами [1]. Деминерализованные и деорганифицированные костные имплантаты отли-
чаются хорошей биосовместимостью и широко используются в клинической практике для реконструкции дефектов костной ткани [2].
Однако на фоне увеличения в мире частоты гнойно-воспалительных заболеваний костей скелета борьба с хирургической инфекцией и профилактика инфицирования костной ткани в процессе их реконструкции продолжает оставаться одной из наиболее актуальных проблем гнойной хирургии.
Для решения этой проблемы предлагается широкий арсенал методов и средств [3]. Традиционное использование синтетических антибактериальных средств зачастую приводит к тяжелым токсико-аллергическим реакциям, поэтому вполне объясним повышенный в настоящее время интерес к имплантационным препаратам с антибактериальными свойствами природного и растительного происхождения [4].
Актуальность проблемы также связана с возрастающей в последнее время резистентностью микроорганизмов к антибиотикам. В связи с этим при разработке способов получения новых им-плантационных препаратов возникает потребность в применении антимикробных средств с иным механизмом действия [5].
Следует отметить, что в современных условиях приобрело особую важность строгое соблюдение требований к стерильности биоимплантатов, применяемых при выполнении высокотехнологичных операций [6]. Это обусловило необходимость проведения дополнительных исследований, направленных на адаптацию известных методов стерилизации, в частности озоно-кислородной смесью, для разрабатываемых биоимплантатов с действующим на их основе антибактериальным веществом растительного происхождения.
Цель исследования - оценка антибактериальных и антимикотических свойств деминерализованных и деорганифицированных костных образцов, импрегнированных раствором санг-виритрина после стерилизации озоно-кислородной смесью.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
В работе использовали цилиндрические образцы кортикальной кости от клинически здоровых животных (бык, возраст 1,5-2 года) диаметром 5 мм и высотой 7,5 мм, которые в последующем подвергали деминерализации и деорганификации [7].
Для придания антибактериальных и антими-котических свойств костным образцам их импре-гнировали 0,2%-ным спиртовым раствором сангвритрина (АО «Фармцентр ВИЛАР», Россия) [8, 9]. Затем образцы помещали в упаковку и стерилизовали озоно-кислородной смесью в проточном режиме с использованием промышленного генератора медицинского озона типа А-с-ГОКСф-5-02-ОЗОН (ОАО «Электромашиностроительный завод «Лепсе», Россия) и концентратора кислорода Vision Aire (США) [10]. Для контроля реального
текущего значения концентрации озоно-кислород-ной смеси применяли измеритель концентрации озона ИКО-50 (ОАО «Электромашиностроительный завод «Лепсе», Россия). Концентрация озона в воздушно-кислородной смеси составляла 8 мг/л, продолжительность стерилизации в проточном режиме - 15 мин. После стерилизации упаковку с образцами герметично запаивали.
В эксперименте использовали деминерализованные и деорганифицированные костные образцы (интактные группы 1а, 1б), аналогичные образцы импрегнированные сангвиритрином (контрольные группы 2а, 2б), а также образцы импре-гнированные сангвиритрином после стерилизации озоно-кислородной смесью (экспериментальные группы 3 а, 3б) (рис. 1).
Для оценки антибактериальной и антимико-тической активности экспериментальных образцов использовали штаммы микроорганизмов из биоколлекции ФГБНУ ВИЛАР: Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Aspergillus niger, Cladosporium herbarum. Их чувствительность к антимикробному действию алкалоидов сангвиритрина показана в ранее проведенных исследованиях [11]. Бактерио-статические и микостатические свойства экспериментальных образцов оценивали диффузным методом. Выявление роста грибов проводили на среде Сабуро, бактерий - на тиогликолевой среде. Микроорганизмы высевали газоном на агаризо-ванные питательные среды, сваренные не ранее, чем за 24 ч до начала эксперимента, и разлитые по чашкам Петри. Через 15 мин тестируемые образцы помещали в асептических условиях на поверхность агара в каплю стерильной дистиллированной воды объемом 0,03 мл для обеспечения процесса диффузии молекул алкалоидов сангви-ритрина на поверхность питательной среды. Чашки Петри инкубировали в термостате в течение 24-60 ч при 25 °С - для грибов и 37 °С - для бактерий. Критерием наличия антибактериальной и антимикотической активности образцов служило появление вокруг образцов зоны подавления роста колоний бактерий и грибов.
Статистический анализ полученных результатов проводили с использованием программы Sta-tistica 13.3 (TIBCO Software Inc, США). Для каждого показателя вычисляли среднее значение (M) и стандартную ошибку (m). Для сравнения средних значений в двух независимых группах применяли t-критерий Стьюдента. Различия показателей считали статистически значимыми при p < 0,05.
Этап I Технологический прием Изготовление цилиндрических образцов из кортикальной кости
II ^ V 4t iMtl щI мкшШ ЩщШ т ** т •
Деминерализация (группа 1а) Деорганифицикация (группа 16)
III » * mm т ••
IV Импрегнация сангвиритрином (группа 2а) Стерилизация (группа 3а) Импрегнация сангвиритрином (группа 2б) Стерилизация (группа 3б)
Рис. 1. Схема подготовки экспериментальных костных образцов
Рис. 2. Зоны подавления роста микроорганизмов деорганифицированными образцами костной ткани: а - Staphylococcus aureus; б - dadosporium herbarum (образцы: «И» - интактный, «К» - контрольный, «Э» - экспериментальный)
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Анализ выполненных исследований показал, что алкалоиды сангвиритрина после высвобождения из исследуемых образцов контрольных групп сохраняли свою антимикробную активность. После стерилизации озоно-кислородной смесью образцы экспериментальных групп не утрачивали своей бактерио- и микостатической активности. В области контакта с питательной средой деминерализованных и деорганифицированных образцов как без стерилизации, так и подвергнутых озоно-кислородной стерилизации наблюдалось пролонгированное высвобождение алкалоидов сангви-
Диаметры зон ингибирования роста бактерий и грибов в соответствующих контрольных и экспериментальных группах не имели статистически значимых отличий. Это подтверждает отсутствие негативного влияния озоно-кислородной стерилизации на антибактериальные и антимикотические свойства деминерализованных и деорганифициро-ванных костных образцов импрегнированных сангвиритрином.
Полученные результаты совпадают с единичными публикациями авторов, проводивших опыты по исследованию сангвиритрина [7, 8, 10].
Таким образом в нашей работе получены экспериментальные данные, показывающие отсутствие существенного влияния стерилизации озоно-кислородной смесью с концентрацией озона 8 мг/л и продолжительностью 15 мин на антибактериальные и антимикотические свойства костных образцов, импрегнированных раствором лекарствен-
ритрина, вызывающих угнетение формирования колоний микроорганизмов (рис. 2).
Как и ожидалось, интактные образцы не показали в эксперименте наличия какого-либо бактерицидного и антигрибкового эффекта. Вокруг как минерального, так и органического матрикса кости отсутствовала зона подавления роста микроорганизмов.
Диаметры зон подавления роста грамположи-тельных и грамотрицательных бактерий, а также микромицетов костными образцами с сангвирит-рином до и после стерилизации озоно-кислород-ной смесью представлены в таблице.
ного средства растительного происхождения -сангвиритрином.
ВЫВОДЫ
На основании проведенных исследований установлено, что деминерализованные и деорга-нифицированные костные образцы, импрегниро-ванные раствором сангвиритрина, после стерилизации озоно-кислородной смесью сохраняют свою антибактериальную и антимикотическую активность. Этот факт позволяет рассмотреть предложенный подход для создания новых имплантаци-онных препаратов с антибактериальными и анти-микотическими свойствами с возможностью их применения в гнойной хирургии и репарации минерализованной соединительной ткани в инфицированных ранах.
Работа выполнена в рамках Государственного задания Гвии-2022-0008 «Изучение влияния экзогенных фак-
Таблица. Диаметр зон торможения колонеобразования штаммов микроорганизмов вокруг образцов, импрегнированных сангвиритрином
Штаммы микроорганизмов Диаметр зон ингибирования роста микроорганизмов (и=12)*, мм
без озоно-кислородной стерилизации (контроль) после озоно-кислородной стерилизации (эксперимент)
Деорганифицированные Деминерализованные Деорганифицированные Деминерализованные
Staphylococcus aureus 31,86±0,44 24,01 ±0,44 31,46±0,4 23,7±0,38
Escherichia coli 18,73±0,23 15,86±0,13 18,31±0,28 15,35±0,13
Aspergillus niger 13,95±0,19 12,06±0,1 13,6±0,19 11,7±0,16
Cladosporium herbarum 15,38±0,12 13,75±0,16 14,96±0,11 13,26±0,17
Примечание: * - число образцов в каждой группе.
торов на биологические структуры, решение вопросов их
репаративной регенерации и консервации».
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанных с публикацией данной статьи.
ЛИТЕРАТУРА
1. Александрова В.А., Футорянская А.М., Садыкова В.С. Синтез и антибактериальная активность наночастиц серебра, стабилизированных сукцинамидом хитозана. Прикладная биохимия и микробиология. 2020; 56(5): 497-502. doi: 10.31857/S0555109920050025
2. Кузнецова Д.С., Тимашев П.С., Баграташвили В.Н., За-гайнова Е.В. Костные имплантаты на основе скаффолдов и клеточных систем в тканевой инженерии (обзор). Современные технологии в медицине. 2014; 6(4): 201-212.
3. Корель А.В., Кузнецов С.Б. Тканеинженерные стратегии для восстановления дефектов костной ткани. Современное состояние вопрос. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019; 4: 228-234.
4. Фролова А.В., Бузук Г.Н., Царенков В.М., Петров П.Т., Трухачева Т.В., Дунец Л.Н. Лабораторная оценка влияния радиационной стерилизации на химический состав и антимикробную активность лекарственного средства «Фи-
томп» и его компонента - Маклейи мелкоплодной. Вестник фармации. 2007; 1(35): 83-91.
5. Решетько О.В., Якимова Ю.Н. Инновационные антибиотики для системного применения. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2015; 17(4): 272-285.
6. Пантелеев И.В., Розанов В.В., Матвейчук И.В. Озоновые технологии: медико-биологические приложения в условиях современных вызовов. Русский инженер. 2021; 3: 43-46.
7. Litvinov Y.Y., Matveychuk I.V., Rozanov V.V., Krasnov V.V. Optimization of Technologies for Manufacture of Demineralized Bone Implants for Drug Release. Biomedical Engineering. 2021; 54(6): 393-396. doi: 10.1007/s10527-021-10047-5.
8. Вичканова С.А. Сангвиритрин. Подарок природы человеку: научное издание. М.: «OneBook.ru». 2015.
9. Вичканова С.А. Данные клинического исследования антимикробного растительного препарата Сангвиритрин. Русский медицинский журнал. 2012; 20(2): 75-79.
10. Розанов В.В., Матвейчук И.В., Литвинов Ю.Ю., Уланова А.А., Пантелеев И.В. Анализ архитектоники костной ткани как объекта стерилизации с использованием озона. Биорадикалы и антиоксиданты. 2016; 3(3): 229-230.
11. Вичканова С.А., Крутикова Н.М. Клиническое применение сангвиритрина при дисбактериозе. Педиатрия. 2012; 91(5): 102-107.
Поступила 23 июня 2022 г.
ANTIMICROBIAL AND ANTIMYCOTIC ACTIVITY OF BONE MATRIX IMPREGNATED WITH A SOLUTION OF SANGUIRITRIN AFTER STERILIZATION WITH AN OZONE-OXYGEN MIXTURE
© Authors, 2022 Yu.Yu. Litvinov
Leading Researcher, Research and Educational Center of Biomedical Technologies, All-Russian Scientific Research Institute of Medicinal and Aromatic Plants (Moscow, Russia) E-mail: [email protected] V.P. Panin
Leading Researcher, Research and Educational Center of Biomedical Technologies, All-Russian Scientific Research Institute of Medicinal and Aromatic Plants (Moscow, Russia) E-mail: [email protected] V.V. Krasnov
Chief Researcher, Research and Educational Center of Biomedical Technologies, All-Russian Scientific Research Institute of Medicinal and Aromatic Plants (Moscow, Russia) E-mail: [email protected]
Relevance. Currently, the problem of creating implantation materials based on biodegradable polymers of natural origin with specified properties continues to be relevant.
Аim. To evaluate the antimicrobial properties of bone matrix samples impregnated with sanguiritrin solution after sterilization with an ozone-oxygen mixture.
Material and methods. Cylindrical samples of cortical bone and bone matrix impregnated with sanguiritrin substance, a medicinal product of plant origin, were used in the work. The samples were sterilized with an ozone-oxygen mixture with an ozone concentration of 8 mg/l. Antimicrobial activity was tested using bacterial strains: Staphylococcus aureus, Escherichia coli; strains of micromycetes: Aspergillus niger, Cladosporium herbarum.
Results. The study found that there was no significant effect of ozone-oxygen sterilization with an ozone concentration of 8 mg/l and a duration of 15 minutes in the flow mode on the antibacterial and antimycotic properties of the studied bone samples impregnated with a solution of antimicrobial and antifungal medicinal product of plant origin - sanguiritrin. Sanguiritrin alkaloids released after sterilization from demineralized and disorganized bone matrix do not lose their antimicrobial and antimycotic properties against grampositive and gram-negative bacteria, as well as micromycetes.
Conclusion. The approach proposed in the study can be used to further improve and develop new implantation drugs with specified
antimicrobial properties and methods of their sterilization.
Key words: bone implants, sanguiritrin, sterilization, ozone-oxygen mixture.
For citation: Litvinov Yu.Yu., Panin V.P., Krasnov V.V. Antimicrobial and antimycotic activity of bone matrix impregnated with a solution of sanguiritrin after sterilization with an ozone-oxygen mixture. Problems of biological, medical and pharmaceutical chemistry. 2022;25(11):23-28. https://doi.org/10.29296/25877313-2022-11-04
REFERENCES
1. Aleksandrova V.A., Futorjanskaja A.M., Sadykova V.S. Sintez i antibakterial'naja aktivnost' nanochastic serebra, stabilizirovannyh sukcinamidom hitozana. Pri-kladnaja biohimija i mikrobiologija. 2020; 56(5): 497-502. doi: 10.31857/S0555109920050025.
2. Kuznecova D.S., Timashev P.S., Bagratashvili V.N., Zagajnova E.V. Kostnye implantaty na osnove skaffoldov i kletochnyh sistem v tkanevoj inzhenerii (ob-zor). Sovremennye tehnologii v medicine. 2014; 6(4): 201-212.
3. Korel' A.V., Kuznecov S.B. Tkaneinzhenernye strategii dlja vosstanovlenija defektov kostnoj tkani. Sovremennoe sostojanie vopros. Mezhdunarodnyj zhurnal prikladnyh i fundamental'nyh issledovanij. 2019; 4: 228-234.
4. Frolova A.V., Buzuk G.N., Carenkov V.M., Petrov P.T., Truhacheva T.V., Dunec L.N. Laboratornaja ocenka vlijanija radiacionnoj sterilizacii na himicheskij sostav i antimikrobnuju aktivnost' lekarstvennogo sredstva «Fitomp» i ego komponenta - Makleji melkoplodnoj. Vestnik farmacii. 2007; 1(35): 83-91.
5. Reshet'ko O.V., Jakimova Ju.N. Innovacionnye antibiotiki dlja sistemnogo primenenija. Klinicheskaja mikrobiologija i antimikrobnaja himioterapija. 2015; 17(4): 272-285.
6. Panteleev I.V., Rozanov V.V., Matvejchuk I.V. Ozonovye tehnologii: mediko-biologicheskie prilozhenija v uslovijah sovremennyh vyzovov. Russkij inzhener. 2021; 3: 43-46.
7. Litvinov Y.Y., Matveychuk I.V., Rozanov V.V., Krasnov V.V. Optimization of Technologies for Manufacture of Demineralized Bone Implants for Drug Release. Biomedical Engineering. 2021; 54(6): 393-396. doi: 10.1007/s10527-021-10047-5.
8. Vichkanova S.A. Sangviritrin. Podarok prirody cheloveku: nauchnoe izdanie. M.: «OneBook.ru». 2015.
9. Vichkanova S.A. Dannye klinicheskogo issledovanija antimikrobnogo rastitel'nogo preparata Sangviritrin. Russkij medicinskij zhurnal. 2012; 20(2): 75-79.
10. Rozanov V.V., Matvejchuk I.V., Litvinov Ju.Ju., Ulanova A.A., Panteleev I.V. Analiz arhitektoniki kostnoj tkani kak ob'ekta sterilizacii s ispol'zovaniem ozona. Bioradikaly i antioksidanty. 2016; 3(3): 229-230.
11. Vichkanova S.A., Krutikova N.M. Klinicheskoe primenenie sangviritrina pri disbakterioze. Pediatrija. 2012; 91(5): 102-107.
Лекарственные препараты, разработанные ВИЛАР
Алпизарин (таблетки, мазь), рег. №№ 85/507/2; 85/507/10; 85/507/16 - противовирусное средство, получаемое из травы копеечника альпийского (Hedysarum alpinum 1_.) или копеечника желтеющего (Hedysarum flavenscens кеге! е1 БсЬта!Ь). По сравнению с ацикловиром обладает более широким спектром действия.
Аммифурин (таблетки, спиртовый раствор), рег. №№ 83/914/9; 70/151/47; 70/151/48 - фотосенсибилизирующее средство, получаемое из плодов амми большой (Ammi majus I..).
Анмарин (линимент, гель, лосьон (раствор)), рег. №№ 90/248/1; 95/178/5; 90/248/4 - антифунгальное, противогрибковое средство, получаемое из плодов амми большой (Ammi majus I..).
Тел. контакта: 8(495)388-55-09; 8(495)388-61-09; 8(495)712-10-45 Fax: 8(495)712-09-18; e-mail: vilarnii.ru; www.vilarnii.ru
