Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ НАНОЧАСТИЦ МЕДИ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

Бабушкина И.В. 1 Гладкова Е.В. 1 Мамонова И.А. 1 Норкин И.А. 1 Пучиньян Д.М. 1
1 ФГБУ «Саратовский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии» Минздрава России
В работе представлены результаты изучения влияния суспензии наночастиц меди в изотоническом растворе хлорида натрия на регенерацию экспериментальной условно-асептической раны. У животных опытной группы отмечены быстрое уменьшение площади раны по данным планиметрических исследований (суточного и общего уменьшения площади раны, изменение скорости заживления ран), нормализация гематологических и биохимических показателей в ранние сроки. Морфометрическое изучение характеристик раневой поверхности также подтверждает улучшение репаративных процессов в экспериментальной ране. В работе показано выраженное профилактическое действие суспензии наночастиц меди в отношении вторичного инфицирования раны, что подтверждается данными бактериологических исследований. Суспензия наночастиц меди может быть рекомендована для лечения повреждений покровных тканей в качестве средства, оптимизирующего репаративную регенерацию и обладающего антибактериальным действием.
экспериментальная полнослойная рана
наночастицы меди
1. Арсентьева И.П. Аттестация и применение наночастиц металлов в качестве биологически активных препаратов / И.П. Арсентьева, Е.С. Зотова, Г.Э. Фолманис [и др.] // Нанотехника. Спец. выпуск «Нанотехнологии – медицине». – 2007. – № 2 (10). – С. 72–77.
2. Глущенко Н.Н. Физико-химические закономерности биологического действия высокодисперсных порошков металлов // Н.Н. Глущенко, О.А. Богословская, И.П. Ольховская // Химическая физика. – 2002. – Т. 21(4). – С. 79–85.
3. Инфекции в хирургии / В. Гостищев. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007. – 768 с.
4. Рахметова А.А. Ранозаживляющие свойства наночастиц меди в зависимости от их физико-химических характеристик / А.А. Рахметова, Т.П. Алексеева, О.А. Богословская [и др.] // Российские нанотехнологии. – 2009. – № 3–4. – С. 102–108.
5. Рахметова А.А. Изучение биологической активности наночастиц меди, различающихся по дисперсности и фазовому составу: автореф. дис. … канд. биол. наук. – М., 2011. – 24 с.
6. Теория и практика местного лечения гнойных ран. (Проблемы лекарственной терапии) / под ред. Б.М. Даценко. – Киiв: «Здоров׳я», 1995. – 383 с.
7. Huang S.S. and Platt R. Risk of methicillin-resistant Staphylococcus aureus infection after previous infection or colonization // Clin.Infect.Dis. – 2003. – Vol. 36. – P. 281–285.
8. Strain specificity in antimicrobial activity of silver and copper nanoparticles / J.P. Ruparelia, A.K. Chatterjee, S.P. Duttagupta, S. Mukherji // Acta Biomaterialia. – 2008. – Vol. 4. – P. 707–716.
9. The use of nanoparticles in anti-microbial materials and their characterization / E. Weir, A. Lawlor, A. Whelan, F. Regan // Analyst. – 2008. – Vol. 133, № 7. – P. 835–845.

Репаративная регенерация является сложным многоступенчатым процессом, в основе которого лежит комплекс биохимических, иммунологических и генетических механизмов. Несмотря на большое количество средств природного и синтетического происхождения, обладающих репаративными свойствами, проблема остается актуальной, так как существующие препараты не всегда достаточно эффективны [4, 5]. Литературные данные также свидетельствуют об актуальности и нерешенности проблемы профилактики хирургической инфекции, приобретающей все большую социально-экономическую значимость [3, 7].

Научно-практический интерес к исследованию биологической активности наночастиц меди определяется возможностью использования их в качестве регенерирующих и антибактериальных препаратов [4, 8, 9]. Медь играет важную роль в жизнедеятельности организма, оказывает катализирующее влияние на процессы полноценной регенерации тканей [2]. Несмотря на несомненную перспективность исследований в данной области, в литературе встречаются лишь отдельные работы, посвященные изучению влияния наночастиц меди на заживление ран.

Целью исследования явилась комплексная оценка репаративной регенерации в условиях условно-асептической экспериментальной раны под влиянием суспензии наночастиц меди.

Материалы и методы исследования

В работе использовали нанопорошки меди, синтезированные на плазмохимическом комплексе филиала Федерального Государственного Управления РФ «Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений» (ФГУП РФ ГНЦ ГНИИХТЭОС г. Москва). Объектом исследования явились 60 белых крыс-самцов, массой 130–140 г, у которых формировали полнослойную кожную рану размером 400 мм2 в межлопаточной области. Животные были разделены на 3 группы по 20 крыс в каждой: контрольная группа – интактные животные; группа сравнения – крысы с полнослойной кожной раной, рана заживала естественным путем; опытная группа – крысы с полнослойной кожной раной, получавшие лечение суспензией наночастиц меди.

Модель экспериментальной раны была получена следующим образом [6]: после предварительной обработки кожи, в асептических условиях, под наркозом, на выбритом от шерсти участке в межлопаточной области у крыс по контуру, предварительно нанесенному трафаретом, иссекали кожу с подкожной клетчаткой в виде квадрата 2×2 см (400 мм2).

На раневую поверхность животных опытной группы ежедневно накладывали стерильные салфетки, смоченные 1,0 мл суспензии наночастиц меди в изотоническом растворе хлорида натрия в концентрации 0,01 мг/мл.

Для оценки эффективности лечения использовали экспериментальные, планиметрические, гематологические, гистологические, микробиологические и статистические методы.

Использовали планиметрический метод Л.Н. Поповой, основанный на регистрации скорости уменьшения раневой поверхности во времени: на рану помещали стерильную прозрачную пластинку полимера, на которую наносили контур раны, и считывали изображение с помощью сканера HP Scanjet 3970. Площадь раны рассчитывали с помощью компьютерной программы ImageJ.

Процент уменьшения площади раны за сутки определяли по формуле:

babysh01.wmf

где S – площадь раны при предыдущем измерении; Sn – площадь раны при данном измерении; t – число дней между первым и последующим измерениями. Скорость заживления раны высчитывали по формуле:

babysh02.wmf

где СЗ – скорость заживления площади раны в сутки; S – исходная площадь раны; Sn – площадь раны к сроку измерения; n – количество суток.

Изучение гематологических показателей проводили на анализаторе Micros 60 АВХ (Франция).

Препараты срезов кожи для гистоморфологического исследования окрашивали гематоксилином и эозином. Морфометрию раневой поверхности проводили на микроскопе Revelation III Sky Optic (10×40) с целью изучения динамики репаративных процессов в данных группах животных. В срезах кожи измеряли толщину эпидермиса по вертикали от базальной мембраны до рогового слоя (клеточный эпидермис), а также дермы. Исследовали по одному срезу от каждого животного. Подсчеты производили во всех полях зрения (20–25 полей зрения на срез), при этом в каждом поле зрения было сделано по три измерения. В каждой группе выполняли не менее 150 измерений соответствующего параметра.

Статистическую обработку полученных данных проводили с помощью программы «Statistica 6.0», предназначенной для оценки результатов медицинских и биологических наблюдений, с вычислением средней арифметической (М), среднеквадратического отклонения (σ), средней ошибки средней арифметической (m), коэффициента достоверности (t), показателя вероятности (р).

Результаты исследования и их обсуждение

Во всех сериях экспериментов на 1-е сутки после моделирования условно-асептической раны средняя площадь ран, по данным планиметрического метода исследования, составила около 400 мм2. Изменения площади раневой поверхности опытной группы и группы сравнения в динамике отражены в табл. 1.

Таблица 1

Изменения площади раневой поверхности у экспериментальных животных в динамике наблюдения

Группы животных

Площадь экспериментальной раны (мм2) после её моделирования на

1-е

3-и

5-е

7-е

10-е

14-е

сутки

Сравнения (n = 20)

387,3 ± 2,4

408,7 ± 11,3

359,5 ± 14,3

359,5 ± 14,3

188,6 ± 10,3

74,3,1 ± 6,3

Опытная (n = 20)

403,3 ± 9,2

325,3 ± 3,2

р < 0,05

98,3 ± 7,3

р < 0,001

38,1 ± 5,9

р < 0,001

11,3 ± 3,5

р < 0,001

0,0

Примечание. p – уровень достоверности различий данных опытной группы по отношению к группе сравнения.

У всех животных группы сравнения полного заживления экспериментальной раны не произошло к 14-м суткам наблюдения: в среднем к этому сроку площадь раны в группе сравнения уменьшилась на 78 %. У животных опытной группы уже на 7-е сутки площадь раны сократилась на 83,1 %, а к 14-м суткам раны полностью эпителизировались. Таким образом, суспензия наночастиц меди оказывала выраженное стимулирующее влияние на динамику регенерации экспериментальных ран у животных опытной группы.

Следует отметить, что у пяти крыс группы сравнения на 7-е сутки исследования было отмечено увеличение площади раны на 10–27 % по отношению к исходным показателям. При бактериологическом исследовании у данных животных идентифицировали Escherichia coli в количестве 5,3 ± 1,6·104 КОЕ/мл. Края ран были гиперемированными и отечными за счет вторичного их инфицирования, приводящего к увеличению раневой поверхности. У всех животных опытной группы, получавших лечение наночастицами меди, экспериментальные раны заживали без признаков вторичного инфицирования.

Максимальная скорость заживления экспериментальной раны у животных опытной группы на 5-е сутки (112,8 мм/сут) существенно превышала аналогичные показатели (35,1 мм/сут) в группе сравнения (p < 0,001).

Анализ суточного уменьшения площади ран в процентах показал, что применение наночастиц меди вызывает максимальное сокращение площади экспериментальной раны на 7–10-е сутки после её моделирования (на 27 %), затем среднее суточное уменьшение площади ран несколько снижается до 14 %. На наш взгляд, это связано с тем, что у части животных завершилась эпителизация ран. Различие между двумя группами животных по показателю средней скорости уменьшения площади ран было достоверно (р < 0,001) на всех сроках наблюдения, что доказывает высокую регенеративную эффективность наночастиц меди в виде суспензии.

Данные лейкоцитарной формулы животных опытной группы и группы сравнения на 14-е сутки наблюдения продемонстрировали различную степень выраженности общевоспалительной реакции организма крыс (табл. 2). Так, у животных группы сравнения отмечалось существенное увеличение количества палочкоядерных и сегментоядерных нейтрофильных лейкоцитов, а также общее число лейкоцитов по отношению к животным опытной группы, получавшим лечение суспензией наночастиц меди. В опытной группе эти показатели были близки к таковым в контрольной группе. Интересно отметить, что к 14-м суткам эксперимента количество лимфоцитов в опытной группе и группе сравнения было существенно ниже их содержания у контрольных животных.

Таблица 2

Лейкоцитарная формула животных на 14-е сутки наблюдения

Группы

Количество лейкоцитов, 109

Палочкоядерные нейтрофилы, %

Сегментоядерные нейтрофилы

Лимфоциты

Контрольная

12,7 ± 4,8·

6,3 ± 2,3

21,3 ± 4,3

61,8 ± 4,3

Cравнения

27,1 ± 3,2

p1-2 < 0,05

15,3 ± 2,7

p1-2 < 0,05

34,8 ± 5,1

p1-2 < 0,05

33,6 ± 2,5

p1-2 < 0,001

Опытная

18,6 ± 4,1

p1-2 > 0,05

p2-3 < 0,05

10,4 ± 4,3

p1-2 > 0,05

p2-3 < 0,001

23,4 ± 4,5

p1-2 > 0,05

p2-3 < 0,05

38,3 ± 3,2

p1-2 < 0,001

p2-3 > 0,05

Примечания: p 1-2 – уровень достоверности различий показателей группы сравнения по отношению к контрольной группе; p 2-3 – уровень достоверности различий показателей опытной группы по отношению к группе сравнения.

Объективными показателями при изучении репаративной активности кожи крыс выступают морфометрические показатели раневой поверхности. Ниже приведены результаты измерения в динамике толщины эпидермиса и дермы в области экспериментальной раны и определения отношения толщины эпидермиса к толщине дермы у животных групп сравнения и опытной группы (табл. 3).

Таблица 3

Толщина слоев кожи экспериментальных животных в области раны на 21-е сутки

Показатель

Группы животных

Контрольная (n = 20)

Сравнения (n = 20)

Опытная (n = 20)

Толщина эпидермиса, мкм

27,4 ± 5,2

45,9 ± 3,8

p1-2 < 0,001

26,8 ± 4,5

p1-3 > 0,05

p2-3 < 0,01

Толщина дермы, мкм

97,4 ± 4,6

125,9 ± 5,3

p1-2 < 0,001

93,1 ± 6,1

p1-3 > 0,05

p2-3 < 0,001

Эпидермис/дерма, отн.ед.

0,25 ± 0,03

0,39 ± 0,03

p1-2 < 0,001

0,27 ± 0,02

p1-3 > 0,05

p2-3 < 0,001

Примечания: p 1-2 – уровень достоверности различий показателей группы сравнения по отношению к контрольной группе; p 2-3 – уровень достоверности различий показателей опытной группы по отношению к группе сравнения; p 1-3 – уровень достоверности различий показателей опытной группы по отношению к контрольной группе.

К 21-м суткам с момента формирования раны морфометрическое изучение гистологических показателей кожи свидетельствует о том, что в опытной группе толщина эпидермиса и дермы, а также их соотношение приближались к показателям контрольной группы, тогда как в группе сравнения эти показатели были достоверно выше (p < 0,001). В опытной группе раневой дефект был покрыт тонким и дифференцированным эпителием.

Заключение

Изучено и подтверждено стимулирующее влияние на регенерацию экспериментальной условно-асептической раны наночастиц меди с учетом комплекса показателей (планиметрических, гематологических, морфометрических, бактериологических). Под влиянием наночастиц меди отмечены изменения планиметрических исследований у животных опытной группы (уменьшение площади раны, увеличение скорости заживления ран), нормализация гематологических показателей. Морфометрическое изучение характеристик раневой поверхности также подтверждает оптимизацию репаративных процессов в экспериментальной ране. В работе показано выраженное профилактическое действие наночастиц меди в отношении вторичного инфицирования раны, что подтверждается данными бактериологических исследований.

Рецензенты:

Гладилин Г.П., д.м.н., профессор, зав. кафедрой клинической лабораторной диагностики, ФПК и ППС, ГБОУ ВПО «Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского» Минздрава России, г. Саратов;

Волков А.А., д.в.н., профессор, заведующий кафедрой «Терапия, акушерство и фармакология», ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова», г. Саратов.

Работа поступила в редакцию 30.04.2014.


Библиографическая ссылка

Бабушкина И.В., Гладкова Е.В., Мамонова И.А., Норкин И.А., Пучиньян Д.М. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ НАНОЧАСТИЦ МЕДИ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6-6. – С. 1204-1207;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34314 (дата обращения: 09.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074