Наночастицы серебра: экологичный метод синтеза, свойства и использование против антибиотикорезистентной микрофлоры

Проведена количественная оценка антибактериального влияния наночастиц серебра на полиантибиотикорезистентные грамположительные и грамотрицательные микроорганизмы. Наночастицы серебра синтезированы экологически допустимым методом металло-парового синтеза. Размер и электронное состояние наночастиц исследованы методами просвечивающей электронной и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Оценка антибактериальных свойств наноматериалов выполнена на двух клинических патогенных штаммах грамположительных и четырех штаммах грамотрицательных микроорганизмов. Типирование и оценка устойчивости бактерий к антибиотикам проведены на микробиологическом анализаторе. Количественная оценка антибактериального влияния наночастиц выполнена с использованием метода разведений и путем определения минимальных ингибирующей и бактерицидной концентраций.
Установлено, что размер изучаемых наночастиц серебра составляет от 5 до 24 нм, средний диаметр ‒ 10,8 нм. Показано, что для всех использованных в исследовании клинических штаммов микроорганизмов характерна множественная антибактериальная устойчивость (процент антибиотикорезистентности для них составляет от 12,5 до 93,3 %). Установлено, что для исследованных микроорганизмов значения минимальной ингибирующей концентрации (МИК) находятся в интервале от 7,81 до 31,25 мкг/мл, а минимальной бактерицидной концентрации (МБК) – в пределах от 31,25 до 62,50 мкг/мл.
Полученные по МИК и МБК данные могут быть использованы при создании перспективных антимикробных препаратов и изделий медицинского назначения следующего поколения.

1. Global action plan on antimicrobial resistance [Electronic resource] / World Health Organization. – Mode of access: https://apps.who.int/iris/bitstream/handle/10665/193736/9789241509763_eng.pdf?sequence=1. – Date of access: 28.02.2021.

2. Bhattacharya, P. K. Emergence of antibiotic-resistant bacterial strains, methicillin-resistant Staphylococcus aureus, extended spectrum beta lactamases, and multi-drug resistance is a problem similar to global warming / P. K. Bhattacharya // Rev. Soc. Bras. Med. Trop. – 2014. – Vol. 47, N 6. – P. 815–816. https://doi.org/10.1590/0037-8682-0139-2014

3. Holland, T. L. Clinical management of Staphylococcus aureus bacteremia : a review / T. L. Holland, C. Arnold, Jr. V. G. Fowler // JAMA. – 2014. – Vol. 312, N 13. – P. 1330–1341. https://doi.org/10.1001/jama.2014.9743

4. Antimicrobial profiles of bacterial clinical isolates from the Gabonese National Laboratory of Public Health: data from routine activity / K. L. Rerambiah [et al.] // Int. J. Infect. Dis. – 2014. – Vol. 29. – P. 48–53. https://doi.org/10.1016/j.ijid.2014.01.015

5. Antimicrobial resistance in developing countries. Part II: strategies for containment / I. N. Okeke [et al.] // Lancet Infect. Dis. – 2005. – Vol. 5, N 9. – P. 568–580. https://doi.org/10.1016/s1473-3099(05)70217-6

6. Rai, M. Metal nanoparticles in pharma / M. Rai, R. Shegokar. – Cham : Springer, 2017. – 493 p.

7. Metal nanoparticles and clusters. Advances in synthesis, properties and applications / ed. F. L. Deepak. – Cham : Springer, 2018. – 426 p.

8. Plasmon resonance of silver nanoparticles as a method of increasing their antibacterial action / A. Yu. Vasil’kov [et al.] // Antibiotics. – 2018. – Vol. 7, N 3. – Art. 80. https://doi.org/10.3390/antibiotics7030080

9. Hybrid materials based on metal-containing microcrystalline and bacterial cellulose: green synthesis and characterization / A. Vasil’kov [et al.] // 19th International multidisciplinary scientific geoconference SGEM 2019. – Sofia, 2019. – Vol. 19, N 6.1. – P. 199–206.

10. Olenin, A. Yu. Cryochemical co-condensation of metal vapors and organic compounds / A. Yu. Olenin, I. A. Leenson, G. V. Lisichkin // Direct synthesis of metal complexes / ed. B. I. Kharisov. – Amsterdam, 2018. – P. 143–179.

11. Bhaskar, S. P. Digestive ripening: a synthetic method par excellence for core-shell, alloy, and composite nanostructured materials / S. P. Bhaskar, B. R. Jagirdar // J. Chem. Sci. – 2012. – Vol. 124, N 6. – P. 1175–1180. https://doi.org/10.1007/s12039-012-0317-2

12. Bhattacharya, C. Monodisperse colloidal metal nanoparticles to core-shell structures and alloy nanosystems via digestive ripening in conjunction with solvated metal atom dispersion: a mechanistic study / C. Bhattacharya, B. R. Jagirdar // J. Phys. Chem. C. – 2018. – Vol. 122, N 19. – P. 10559–10574. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b00874

13. Cárdenas-Triviño, G. Study of aggregation of gold nanoparticles in chitosan / G. Cárdenas-Triviño, C. CruzatContreras // J. Cluster Sci. – 2018. – Vol. 29, N 6. – P. 1081–1088. https://doi.org/10.1007/s10876-018-1419-x

14. Preparation and characterization of biomedical collagen–chitosan scaffolds with entrapped ibuprofen and silver nanoparticles / M. S. Rubina [et al.] // Polymer Eng. Sci. – 2019. – Vol. 59, N 12. – P. 2479–2487. https://doi.org/10.1002/pen.25122

15. Способ изготовления полимерных деталей трения скольжения для искусственных эндопротезов ; пат. RU 2 354 668 С1 / А. П. Краснов, Э. Е. Саид-Галиев, А. Ю. Васильков, А. Ю. Николаев, В. Л. Подшибихин, О. В. Афоничева, В. А. Мить, А. Р. Хохлов, Н. С. Гаврюшенко, В. Г. Булгаков, С. П. Миронов. – Опубл. 10.05.2009.

16. Композиционные материалы медицинского назначения на основе поливинилпирролидона, модифицированного кетопрофеном и наночастицами серебра / Л. Н. Никитин [и др.] // Журн. физ. химии. – 2011. – Т. 85, № 7. – С. 1296–1301.

17. Collagen-chitosan scaffold modified with Au and Ag nanoparticles: synthesis and structure / M. S. Rubina [et al.] // Appl. Surf. Sci. – 2016. – Vol. 366. – P. 365–371. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.01.107

18. Cellulose-based hydrogels and aerogels embedded with silver nanoparticles: preparation and characterization / A. Vasil’kov [et al.] // Gels. – 2021. – Vol. 7. – P. 82–99. https://doi.org/10.3390/gels7030082.

19. Vasil’kov, A. Gold-containing polytetrafluoroethylene modified by ketoprofen: synthesis and spectroscopic characterization / A. Vasil’kov, A. Budnikov, A. Naumkin // 19th International multidisciplinary scientific geoconference SGEM 2019. – Sofia, 2019. – Vol. 19, N 6.3. – P. 9–16.

20. NIST X-ray photoelectron spectroscopy database [Electronic resource] / A. V. Naumkin [et al.] // NIST standard reference database 20, National Institute of Standards and Technology. – Mode of access: https://doi.org/10.18434/T4T88K. – Date of access: 28.02.2021.

21. Silver nanoparticles: synthesis, properties, and therapeutic applications / L. Wei [et al.] // Drug. Discov. Today. – 2015. – Vol. 20, N 5. – P. 595–601. https://doi.org/10.1016/j.drudis.2014.11.014

22. Sondi, I. Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E. coli as a model for Gram-negative bacteria / I. Sondi, B. Salopek-Sondi // J. Colloid Interface Sci. – 2004. – Vol. 275, N 1. – P. 177–182. https://doi.org/10.1016/j. jcis.2004.02.012

23. Pal, S. Does the antibacterial activity of silver nanoparticles depend on the shape of the nanoparticle? A study of the Gram-negative bacterium Escherichia coli / S. Pal, Y. K. Tak, J. M. Song // Appl. Environ. Microbiol. – 2007. – Vol. 73, N 6. – P. 1712–1720. https://doi.org/10.1128/aem.02218-06

24. Biosynthesis, structural characterization and antimicrobial activity of gold and silver nanoparticles / T. Ahmad [et al.] // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. – 2013. – Vol. 107. – P. 227–234. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2013.02.004