Наночастицы серебра. Ученые вылечили 700 коров с маститом

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из Мексики и Новосибирска выяснили, как препарат с наночастицами серебра влияет на образование бактериальных биопленок при лечении инфекций. Результаты исследования показали, что терапия с применением наночастиц серебра снижает активность образования биопленок. Кроме того, отечественный препарат показал себя более эффективным по сравнению с популярным зарубежным антибиотиком.

Биопленка представляет собой сообщество бактерий, заключенных в самопроизвольно синтезированную полимерную матрицу, состоящую из полисахаридов, белков и ДНК. Бактериальные биопленки приводят к стойким и хроническим инфекциям, поскольку они проявляют повышенную устойчивость к антибиотикам, дезинфицирующим средствам и иммунной системе организма. При этом большинство выявленных бактерий способны образовывать биопленки, а для эффективного подавления роста биопленок дозы антибиотиков приходится значительно – до 1 000 раз – увеличивать.

Для профилактики инфекций, связанных с биопленками, в медицинских учреждениях применяются различные методы, однако многие из этих подходов имеют недостатки, такие как химическая опасность и появление штаммов, устойчивых к антибиотикам. Еще один метод связан с применением натуральных соединений, включая растительные экстракты, эфирные масла, полифенолы и алканоиды. Они показывают антибиопленочную активность, но являются нестабильными, требуют сложного процесса очистки.

Наиболее распространенным методом профилактики является использование антибиотиков. Причем, антибиотики активно используются и в животноводстве – в профилактических и терапевтических целях. А на ветеринарную медицину в мире приходится более 50% использования противомикробных препаратов. Однако некоторые антибиотики, например, ампициллин и клоксациллин, могут стимулировать образование биопленки в определенных штаммах бактерий.

«Нами были исследованы различные методы, направленные на предотвращение образования биопленки, включая использование наночастиц серебра (AgNP). При этом предыдущие исследования были сосредоточены на выявлении эффективности применения AgNP in vitro. В этом исследовании мы изучили эффективность AgNP in vivo при лечении 700 дойных коров с субклиническим маститом в животноводческих хозяйствах Новосибирской области. Субклинический мастит — воспаление тканей вымени, при котором поражаются лишь небольшие участки молочной железы, в основном группы альвеол. Это приводит к снижению качества молока и продуктивности его получения и может, при отсутствии лечения, перейти в клиническую фазу. Субклиническая форма мастита при этом характеризуется отсутствием клинических признаков при высоком содержании соматических и бактериальных клеток в молоке», – говорит руководитель проекта, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Алексей Пестряков.

Исследовались коровы в возрасте от 2,5 до 5 лет и весом от 400 до 500 кг. Они были разделены на две группы по 350 голов в каждой. Одна получала лечение распространенным зарубежным антибиотиком, другая – препаратом «Арговит-С AgNP», разработанным политехниками вместе с коллегами.

«Наночастицы металлов и оксидов металлов могут действовать, используя различные механизмы для разрушения биопленок и бактериальных клеток, такие как окислительный стресс, блокирование синтеза белка и разрушение ДНК. Это может привести к снижению способности бактерий образовывать биопленки. Ранее in vitro было выявлено, что наночастицы серебра (AgNP) обладают антимикробными свойствами и известны своей способностью подавлять рост бактерий, включая образование биопленки. AgNP могут нарушать целостность мембран бактериальных клеток и мешать клеточным процессам, что делает их эффективными в предотвращении образования биопленок и уничтожении уже существующих. При этом ингибирующее действие AgNP на образование биопленки in vitro может зависеть от размера, концентрации и стабильности наночастиц, а также от конкретных видов бактерий», – поясняет профессор ТПУ.

Оба вида лечения – зарубежным антибиотиком и препаратом «Арговит-С AgNP» – применялись интрамаммарным (сосредоточенным непосредственно в молочной железе – ред.) путем введения до полного выздоровления, которое определялось на основе ежедневных биохимических тестов. Образцы молока у обеих групп собирались до и после лечения. Образцы, собранные до лечения, служили контрольными/референтными.

«В случае коммерческого антибиотика доза и концентрация применялись в соответствии с инструкцией производителя. В случае «Арговита» она была выбрана на основании результатов предварительных экспериментов. В данном исследовании коровам с субклиническим маститом раз в сутки вводили 10-кратно разведенный «Арговит» в объеме от 2 до 15 мл на одну особь с концентрацией действующих веществ от 5 до 15 %. Терапевтическая эффективность «Арговита» определялась по числу дней лечения и подсчетом количества соматических и бактериальных клеток в образцах», – добавляет Алексей Пестряков.

Далее были исследованы культуральные, морфологические и биохимические свойства бактерий рода Streptococcus spp., выделенных из секрета молока до и после лечения. Были всесторонне проанализированы шесть бактерий (S. aureus , S. epidermidis , S. dysgalactiae , E. coli , S. agalactiae и S. Pyogenes).

«В результате было выявлено, что после лечения коров наночастицами серебра индекс образования биопленки и количество изолятов с прочными биопленками для шести бактерий снизились на 20,4 % и 35,6 % соответственно. После лечения коров коммерческим антибиотиком наблюдались противоположные эффекты. Насколько нам известно, настоящее исследование представляет собой первое крупномасштабное трансляционное исследование влияния обработки AgNP на образование биопленки при терапии бактериальных заболеваний у животных. Терапия AgNP может быть одним из комплексных подходов к борьбе с устойчивостью к антибиотикам», – подытоживает профессор ТПУ.

Результаты исследования, в котором, кроме ТПУ, приняли участие представители Национального автономного университета Мексики (UNAM), НТЦ «Вектор-Вита» и Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий РАН, опубликованы в журнале ACS Applied Nano Materials (Q1, IF: 5.3). Проект поддержан грантом РНФ.

Фото: пресс-служба Томского политехнического университета