ОЦЕНКА АНТИМИКРОБНОЙ АКТИВНОСТИ БИОРЕЗОРБИРУЕМЫХ СКАФФОЛДОВ Текст научной статьи по специальности «Биотехнологии в медицине»

УДК 57.01

ОЦЕНКА АНТИМИКРОБНОЙ АКТИВНОСТИ БИОРЕЗОРБИРУЕМЫХ СКАФФОЛДОВ

А. Н. Файзулина1, А. Д. Кручинина2

1'2Пензенский государственный университет, Пенза, Россия

1 [email protected] [email protected]

Аннотация. Активное развитие регенеративной медицины обуславливает растущую потребность в материалах, подходящих для восстановления тканей и органов. Особое предпочтение отдается нетоксичным био- и гемосовместимым материалам естественного происхождения, обладающим адекватными упругоэластическими свойствами, способствующим адгезии и росту культивируемых на поверхности клеток. Не менее актуальным является изучение возможности модификации материалов с целью придания им дополнительных свойств. Целью настоящего исследования является оценка антимикробной активности экспериментальных биорезорбируемых скаффолдов, полученных из коллагенсодержащего сырья животного происхождения путем химической децеллюляризации, и модифицированных лекарственными препаратами: ванкомицином и рифампицином. Сырьем для изготовления биорезорбируемо-го скаффолда служила свиная подслизистая тонкой кишки. Модификацию проводили путем сорбции лекарственных препаратов на поверхности материала. В экспериментах in vitro было подтверждено наличие антимикробной активности модифицированных биорезорбируемых материалов по отношению к Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Enterococcus faecalis.

Ключевые слова: регенеративная медицина, скаффолд, ксеноматериал, антибактериальные свойства

Для цитирования: Файзулина А. Н., Кручинина А. Д. Оценка антимикробной активности биорезорбируе-мых скаффолдов // Вестник Пензенского государственного университета. 2023. № 1. С. 22-25.

В настоящее время перспективным направлением исследований является разработка тканеинженерных конструкций, состоящих из клеток, формирующих компоненты матрикса; биодеградируемого носителя (скаффолда); биоактивных молекул, стимулирующих регенеративные процессы [1]. Природные биополимеры более предпочтительны в качестве носителя по сравнению с синтетическими, поскольку, наряду с биосовместимостью, обладают биостимулирующими свойствами, способствуют адгезии и пролиферации клеток, возможен контроль времени деградации, неоваскуляризации [1].

Децеллюляризация является основным способом получения коллагенсодержащих биоматериалов с низкой иммуногенностью из тканей животного происхождения. Основополагающими критериями выбора протокола удаления клеток служат эффективность очистки, отсутствие изменений в морфологии и химическом составе внеклеточного мат-рикса [2]. Основными способами децеллюляризации являются: ферментирование с использованием отдельных ферментов или их комбинаций (трипсин неочищенный, колла-геназа, эластаза, проназа, диспаза, ДНКаза, гиалуронидаза и т.д.), детергентная обработка (додецилсульфат натрия, дезоксихолат натрия, тритон Х-100, з-[(з-холамидо-пропил)-диметиламмонио]-1-пропансульфон и т.д.) [3].

© Файзулина А. Н., Кручинина А. Д., 2023

Целью настоящего исследования является оценка антимикробной активности экспериментальных биорезорбируемых скаффолдов, полученных из коллагенсодержащего сырья животного происхождения путем химической децеллюляризации, и модифицированных лекарственными препаратами: ванкомицином и рифампицином. В качестве сырья для получения биорезорбируемого скаффолда использовали подслизистую тонкой кишки свиньи. Модификация полученного материала путем сорбции ванкомицина и рифампицина проводилась с целью придания ему антимикробной активности.

Выбор препаратов обусловлен наличием данных об их высокой активности в отношении внутриклеточно расположенных и биофильм-ассоциированных стафилококков -основных возбудителей имплантат-ассоциированных инфекций [4]. Наличие антимикробной активности оценивали диско-диффузионным методом по диаметру зоны подавления роста микроорганизмов Staphylococcus Aureus, Staphylococcus Epidermidis, Enterococcus faecalis >15 мм, при этом в качестве носителя антибактериального препарата выступал диск, полученный путем лазерной резки модифицированного биорезорби-руемого скаффолда.

Получаемый в результате обработки бесклеточный материал содержит все основные компоненты внеклеточного матрикса [5], имеет пористую структуру и толщину 0,07-0,2 мм, что обеспечивает нормальную диффузию кислорода, необходимого для поддержания пролиферации и жизнеспособности клеток. Коэффициент диффузии кислорода составляет 7xio-6 - 2xio-5 см2/с [6] (рис. 1).

50 ргп

Рис. 1. Результаты сканирующей электронной микроскопии материала

Фибриллярный белок - коллаген - самый распространенный белок в организме человека. На его долю приходится 25-33 % всего белка (6 % массы тела). Фибриллы коллагена состоят из полипептидных цепей тропоколлагена, расположенных в продольном и поперечном направлениях. Молекулы тропоколлагена в параллельных цепях смещены относительно друг друга примерно на У длины (64 нм), чем обусловлена характерная для коллагена поперечная исчерченность. Тропоколлаген имеет форму левозакрученной спирали, включает три цепи с общей длиной 300 нм, диаметром 1,5 нм и массой 300 Да. На долю глицина приходится 33 %, пролина и оксипролина - 21 %, аланина - 11 %. Размещение почти в каждом третьем положении глицина (также много пролина и оксипролина) придает молекуле жесткость. Прочная структура стабилизируется водородными связями, которые возникают между группами СО-, КИ-пептидного остова, а также ОН-группами оксипролина. Кроме этого, образуются внутри- и межмолекулярные кова-лентные связи. В организме человека есть 19 типов коллагена, которые отличаются пер-

вичной структурой пептидных цепей, содержанием углеводов, органной и тканевой локализациями.

Исследование антимикробной активности экспериментальных биорезорбируемых скаффолдов, полученных из коллагенсодержащего сырья животного происхождения путем химической децеллюляризации, и модифицированных лекарственными препаратами: ванкомицином и рифампицином, показало наличие антимикробной активности по отношению к Staphylococcus Aureus, Staphylococcus Epidermidis, Enterococcus faecalis. Были получены следующие диаметры зон подавления роста микроорганизмов: 28, 25 и l9 мм соответственно.

Для ванкомицина характерен узкий спектр действия, однако препарат является достаточно эффективным по отношению к основным возбудителям имплантат-ассоциированных инфекций. Бактерицидное и бактериостатическое действие обусловлено блокировкой синтеза муреина при необратимом связывании концевого участка аминокислотного мостика, отвечающего за образование поперечных сшивок между по-лисахаридными цепями D-Ala-D-Ala, изменением проницаемости плазмалеммы и избирательным торможением синтеза РНК [7]. К недостаткам его системного применения можно отнести ограниченное проникновение в ткани и биологические жидкости.

Рифампицин является полусинтетическим производным природного рифамицина. Эффект обусловлен нарушением синтеза РНК в бактериальной клетке [8].

Локальное высвобождение препаратов обеспечивает увеличение их концентрации в зоне развития имплантат-ассоциированной инфекции, что снижает риск развития резистентности микроорганизмов. Однако не исключен риск развития токсического влияния на кровь, печень и почки [9], что обуславливает необходимость проведения дополнительных исследований свойств биорезорбируемых скаффолдов, модифицированных лекарственными препаратами: ванкомицином и рифампицином, в тестах in vivo.

Список литературы

1. Севастьянов В. И. Технологии тканевой инженерии и регенеративной медицины // Вестник трансплантологии и искусственных органов. 20l4. Т. l6, W 3. С. 93-108.

2. Theocharis A. D., Skandalis S. S., Gialeli C. [et al.]. Extracellular matrix structure// Adv. Drug. Deliv. Rev. 20l6. Vol. 97. P. 4-27.

3. Старцева О. И., Синельников M. Е., Бабаева Ю. В., Трущенкова В. В. Децеллюляризация органов и тканей// Хирургия. Журнал имени Н. И. Пирогова. 20l9. N° S. С. 59-62.

4. Rose W. E., Poppens P. T. Impact of biofilm on the in vitro activity of vancomycin alone and in combination with tigecycline and rifampicin against Staphyloccoccus aureus // J. Antimicrob. Chemother. 2008. Vol. 63. P. 485-488.

5. Badylak S. F., Freytes D. O., Gilbert T. W. Extracellular matrix as a biological scaffold material: structure and function // Acta Biomaterialia. 2009. Vol. 5, W l. P.l-l3.

6. Shi L., Ronfard V. Biochemical and biomechanical characterization of porcine small intestinal submucosa (SIS): a mini review // Int. J. Burns. Trauma. 20l3. Vol. 3. P. l73-l79.

7. Белоусов Д. Ю., Белоусов Ю. Б., Селютин О. А., Филиппова О. В. Сравнительная характеристика препаратов ванкомицина, зарегистрированных в РФ // Качественная клиническая практика. 2009. да 4. URL: clinvest.ru>jour>article>view>

8. Божкова С. А., Тихилов Р. М., Краснова М. В., Рукина А. Н. Ортопедическая имплантат-ассоциированная инфекция: ведущие возбудители, локальная резистентность и рекомендации по антибактериальной терапии // Травматология и ортопедия России. 20l3. Т. l9, W 4. C. 5-l5.

9. Шихвердиев Н. Н., Хубулава Г. Г., Марченко С. П., Суворов В. В. Влияние местного применения ванкомицина на функцию органов после операций на сердце // Патология кровообращения и кардиохирургия. 20l5. Т. l9, W 4. С. 34-37.

Информация об авторах Файзулина Айсылу Наилевна, магистрант, Пензенский государственный университет

Кручинина Анастасия Дмитриевна, кандидат биологических наук, доцент кафедры «Общая биология и биохимия», Пензенский государственный университет

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.