Антибактериальные эффекты нанопрепаратов меди против стрептококковых инфекций

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 616.9:691.77:615.37                            

В последние годы наблюдается значительный интерес к наноматериалам в различных областях науки и медицины. Одним из наиболее перспективных направлений является использование медных наночастиц (Cu NPs) благодаря их уникальным физико-химическим свойствам и выраженной антибактериальной активности. Нанопрепараты меди находят применение в стоматологии, дерматологии и других медицинских областях для борьбы с бактериальными инфекциями. Исследованы воздействие наночастиц меди на микробиологические показатели отдельных видов почв, активность почвенных ферментов, а также изменения физических, химических и агрохимических свойств почв и в целом на плодородие и процессы самоочищения от загрязняющих веществ. Производство и применение наночастиц. Промышленный синтез наноматериалов организован таким образом, чтобы получить частицы с заданными физико-химическими свойствами. С учетом широкого спектра коммерческой, экологической и медицинской пользы наночастиц их производство достигает значительных промышленных масштабов [1].

Медные наночастицы обладают свойствами, которые делают их эффективными против различных патогенных микроорганизмов, включая стрептококки, которые являются причиной таких заболеваний, как стрептококковый фарингит, кожные инфекции, абсцессы и флегмона [2].

Изучение антибактериальных эффектов медных нанопрепаратов становится важной задачей для разработки новых методов лечения инфекционных заболеваний. Антибактериальная активность медных наночастиц обусловлена несколькими механизмами [3-5]. CuNPs могут вызывать окислительный стресс у бактерий, что приводит к повреждению клеточных мембран и ДНК. Медь может взаимодействовать с клеточными компонентами бактерий, нарушая их метаболические процессы. Эти механизмы делают медные наночастицы эффективными против широкого спектра микроорганизмов.

Материалы и методы исследования

Нанопрепараты меди были приготовлены на основе наночастиц меди синтезированных методом импульсной плазмы в жидкой среде. Использование электроимпульсной технологии позволяет получать наночастицы с поверхностным электрическим зарядом, возникающем при диспергировании металлов и образованием свежих поверхностей, способных испускать потоки электронов [6].

Установка приспособления для синтеза наночастиц меди представлена на Рисунке.

Рисунок. Установка приспособления для синтеза наночастиц меди при помощи импульсной плазмы

Результаты и обсуждение

Нанопрепараты меди (CuNPs) — это частицы меди размером от 1 до 100 нм, обладающие уникальными физико-химическими свойствами, отличающимися от макроскопической меди. Они широко применяются в медицине, сельском хозяйстве, водоочистке и других областях благодаря своим антимикробным свойствам. Размер обычно варьируется от 10–100 нм, формы наночастиц меди бывают сферические, кубические, палочковидные. Известны различные методы синтеза наночастиц меди. Наночастиц меди были синтезированы при помощи химического восстановителя, например, восстановление с помощью NaBH 4 [7].

Зеленый синтез наночастиц меди — это экологически чистый и безопасный метод получения наночастиц меди (CuNPs) с использованием природных биоматериалов, таких как растительные экстракты, микроорганизмы или биополимеры. Такой подход позволяет избежать применения токсичных химикатов и высоких температур, что делает процесс более устойчивым и безопасным.

Основные принципы зеленого синтеза наночастиц меди. Восстановление и стабилизация. Растительные экстракты содержат биологически активные вещества (фенолы, флавоноиды, алкалоиды, сахара), которые восстанавливают ионы меди Cu2+ до металлической меди Cu0 и одновременно стабилизируют образующиеся наночастицы [8].

Механизм действия наночастиц меди на бактерии. Генерация реактивных форм кислорода (ROS). Наночастицы меди катализируют образование ROS (например, супероксидных анионов, гидроксильных радикалов). ROS повреждают клеточные мембраны, белки и ДНК бактерий.

Нарушение целостности клеточной мембраны. CuNPs взаимодействуют с липидами мембраны, вызывая её перфорацию. Это приводит к утечке внутриклеточного содержимого и гибели клетки.

Взаимодействие с белками и ферментами. Ионы меди связываются с тиольными группами белков, нарушая их структуру и функцию. Ингибирование ферментов жизненно важных метаболических путей.

Внедрение в клетку и повреждение ДНК. Наночастицы или высвобождаемые ионы Cu2+ проникают внутрь клетки. Вызывают окислительное повреждение нуклеиновых кислот, что ведет к мутациям и гибели бактерий.

Особенности действия наночастиц меди на разные типы бактерий обусловлено тем, что грамположительные бактерии более устойчивы из-за толстой пептидогликановой стенки. Грамотрицательные бактерии более чувствительны из-за тонкой клеточной стенки и наличия внешней мембраны. Современные исследования и перспективы повышения эффективности при комбинации наночастиц меди с другими металлами для синергетического эффекта основаны на модификации поверхности наночастиц меди для целенаправленного действия на патогены.

Биосовместимость и токсичность нанопрепаратов меди. Исследования направлены на снижение токсичности для человека при сохранении антимикробной активности с использованием биосовместимых оболочек, например, хитозана. Нанопрепараты меди представляют собой перспективное средство борьбы с бактериальными инфекциями благодаря комплексному механизму действия: генерации ROS, повреждению мембран, взаимодействию с белками и ДНК бактерий. Современные исследования направлены на оптимизацию их свойств для повышения эффективности и безопасности применения. Бактерии Streptococcus mutans, Streptococcus pyogenes вызывают стрептококковые инфекции. Патогенез и клинические проявления стрептококковых инфекций. Стрептококковые бактерии способствуют развитию кариеса и других заболеваний полости рта.

Исследования антибактериальной активности. Произведен обзор научных исследований, посвященных эффектам медных наночастиц на стрептококковые инфекции. Результаты экспериментов показали эффективность, минимальную ингибирующую концентрациюю наночастиц меди (MIC) и другие параметры. Применение нанопрепаратов меди. Возможные формы применения нанопрепаратов меди в стоматологии (например, в зубных пастах, пломбах, покрытиях для зубов). Преимуществами использования медных наночастиц по сравнению с традиционными методами лечения являются являются низкая токсичность менди по сравнению с другими металлами, так как в низких концентрациях медь участвует в метаболических процессах. Также медь используется иммунной системой хозяина для уничтожения бактерий, так как способна усиливать окислительный стресс в макрофагах, а дефицит меди приводит к угнетению иммунитета [9].

Нанопрепараты меди представляют собой многообещающую область исследований с потенциалом для применения в борьбе с бактериальными инфекциями. Дальнейшие исследования необходимы для более глубокого понимания механизмов действия Cu NPs и их безопасности при использовании в клинической практике.