Обзор наночастиц серебра. Новый класс антибактериальных средств. Часть 2

Начало статьи. Часть 1

Антибактериальные механизмы, активируемые наночастицами серебра

Активные формы кислорода (АФК) образуются в результате окислительного стресса, токсического действия наночастиц и ионов серебра. К таким АФК относятся: супероксиданионы, перекись водорода, гидроксильный радикал, синглетный кислород, хлорноватистая кислота . Авторы изучали влияние наночастиц Ag на внутриклеточные АФК. Авторы обнаружили, что выработка АФК зависит от дозы и поверхности. Действие наночастиц Ag на бактериальные клетки начинается с возникновения окислительного стресса, затем повреждения мембран и заканчивается гибелью клеток. Гибель клеток происходит из-за взаимодействия активных форм кислорода с ДНК, дыхательными ферментами и клеточной мембраной (Рис. 2).

Рисунок 2. Взаимодействие между наночастицами серебра и клетками.

Возможными механизмами активности наносеребра являются прикрепление к клеточной мембране, к белковому компоненту мембраны и структуре ДНК, приводящее к изменению функции (механизм отмечен синей прерывистой линией); высвобождение ионов серебра, воздействующих на мембрану, нуклеиновые кислоты (ДНК) и содержание белка в клетке (красная прерывистая линия отмечает описанный механизм); усиление окислительного стресса в результате высвобождения активных форм кислорода с воздействием на клеточную мембрану, нуклеиновые кислоты (ДНК) и содержание белка в клетке. мембраны (черная прерывистая линия обозначает механизм).

Ионы серебра, присутствующие в среде, могут взаимодействовать с отрицательно заряженной бактериальной клеткой и способствовать появлению пор в клеточной мембране. Эти поры приводят к потере белков и нуклеиновых кислот, влияют на основные метаболические функции и, таким образом, приводят к гибели клеток. Уровень разрушения клеточных мембран коррелирует с дозировкой наночастиц Ag. Другой причиной гибели клеток является реакция между коллоидным серебром и сульфгидрильными группами, присутствующими на клеточной стенке, с образованием дисульфидных мостиков, которые блокируют клеточное дыхание. Ионы серебра и наночастицы могут генерировать слишком много свободных радикалов, которые приводят к гиперокислению: белков, липидов, ДНК, клеточных мембран.

Антимикробное действие наночастиц серебра проявляется в различных клеточных компартментах и осуществляется по нескольким механизмам. (1) Взаимодействие с клеточной мембраной с использованием физического взаимодействия, нарушения липидного бислоя и / или высвобождения катионных ионов. (2) Контакт и реакция катионного серебра с бактериальной ДНК, приводящие к структурным изменениям. (3) Взаимодействие с цитоплазматическими структурами, включая механизм синтеза белка рибосомами, вызывающее блокировку трансляции и транскрипции со сниженным синтезом белка, (4) Образование АФК, приводящее к бактерицидному действию, основанному на окислительном стрессе (см. Рисунок 3).

Токсическое действие наночастиц серебра.

Грамположительные и грамотрицательные бактерии по-разному реагируют на наночастицы Ag. Грамположительные бактерии (золотистый стафилококк, Lysteria monocytogenes, Bacillus cereus) обладают большей устойчивостью к наночастицам Ag, чем грамотрицательные бактерии (кишечная палочка, сальмонелла Typhimurium, Синегнойная палочка) из-за их тонких клеточных стенок.

Более толстая клеточная оболочка у грамположительных бактерий обусловлена толстым слоем пептидогликана (см. Рисунок 3). Пептидогликан - это полимер, состоящий из сахаров и аминокислот, который присутствует вокруг плазматической мембраны, действующей как клеточная стенка. Этот полимер может препятствовать проникновению ионов серебра в жизненно важные клеточные структуры и цитоплазму. Их отрицательный заряд также может быть ответственен за захват положительно заряженных ионов серебра.

 Результаты исследований

Наиболее изученные бактерии представлены золотистым стафилококком (грамположительный) и кишечной палочкой (грамотрицательный). Другие штаммы включают мультирезистентный золотистый стафилококк (MRSA), синегнойную палочку, Klebsiella pneumoniae, Staphylococcus epidermidis, Listeria monocytogenes, холерный вибрион, Proteus mirabilis, Enterobacter и Enterococcus faecalis. Из-за нерационального использования антибиотиков бактерии со временем выработали устойчивость к классическим антибиотикам, что привело к появлению антибиотиков нового поколения.

При сочетании небольшого количества антибиотиков с металлическими наночастицами (Ag, Au, Pt) антибактериальная активность значительно усиливается, особенно при борьбе с бактериями, устойчивыми к нескольким штаммам (см. Рисунок 4).

Проблемы и перспективы на будущее

Основная проблема прогнозирования антибактериальной эффективности недавно синтезированных наночастиц серебра заключается в неоднородности данных в современной литературе. Большое разнообразие размеров, форм, методов синтеза, химии поверхности, широкий спектр методов определения характеристик затрудняют интеграцию и анализ данных. Более того, разнообразие бактериальных штаммов, используемых для тестирования, приводит к широкому спектру идентифицированных бактериальных клеточных мишеней и патогенетических бактериальных механизмов.

 Однако существует консенсус относительно преимуществ использования наночастиц серебра в качестве антибактериального средства и их потенциала представлять собой многообещающее средство против резистентности. Физическое взаимодействие с мембраной бактериальной клетки в сочетании с ионным элюированием серебра может служить дополнительными механизмами в антибактериальной терапии, приводя к усилению стандартных эффектов лечения антибиотиками. 

Кроме того, будущие направления использования могут выиграть от уже подтвержденных данных об антимикробном действии наночастиц серебра. Медицинские устройства с пленками AgNPs стали бы новым шагом в использовании их антибактериальной защиты. Использование в стоматологических амагламах и различных средствах для лечения зубов и гигиены также может представлять собой будущее направление. Использование наночастиц серебра в текстиле и пленках регенеративного назначения (заживление ран, лечение ожогов) может открыть новые возможности для развития этой области. Продукты остеосинтеза также должны извлечь выгоду из антимикробного действия наночастиц серебра. Кроме того, немедицинские, экологические применения становятся все более привлекательными (обработка воды, почвы).

 Выводы

Наночастицы серебра доказали свою полезность в различных областях и уже начали использоваться в медицине. Их можно получить химическими, физическими и экологичными методами. Полученные наночастицы обладают различными характеристиками (размер, форма, химический состав поверхности), которые влияют на их способность бороться с бактериями. Они представляют собой новое направление исследований, касающееся нового класса материалов с многообещающими применениями в биологических, биомедицинских и фармацевтических областях, и доказали большой потенциал и значение для лечения бактериальных инфекций. Сочетание наночастиц серебра с небольшими количествами антибиотиков повышает их противомикробную эффективность, давая превосходные результаты in vitro, что дает надежду на эффективное уничтожение бактерий in vivo.

Ключевые слова: 

наночастицы серебра; антибактериальное лечение, антибиотики и наносеребро, наносеребро, противомикробное средство, защита от бактерий, защита от инфекций, о наносеребре, изечение наносеребра, информация о наносеребре, лечение серебром, серебро против бактерий, получение наносеребра,производство наносеребра, полезность наносеребра, применение серебряной воды.

Полная версия в источнике  https://www.mdpi.com/2076-3417/11/3/1120