Оказалось, что терапия с применением наночастиц серебра снижает активность образования биоплёнок. Кроме того, отечественный препарат показал себя более эффективным по сравнению с популярным зарубежным антибиотиком.

Биоплёнка — это сообщество бактерий, защищённых самопроизвольно синтезированной полимерной матрицей из полисахаридов, белков и ДНК. Бактериальные биоплёнки приводят к стойким хроническим инфекциям, так как они устойчивы к антибиотикам, дезинфицирующим средствам и иммунной системе организма. Большинство бактерий способны образовывать биоплёнки, поэтому дозы антибиотиков приходится значительно увеличивать — до 1000 раз.

Для профилактики инфекций, связанных с биопленками, в медицинских учреждениях применяются различные методы. Однако многие из них имеют недостатки: они могут быть опасны химически или приводить к появлению устойчивых к антибиотикам штаммов бактерий.

Один из методов профилактики — использование натуральных соединений, таких как растительные экстракты, эфирные масла, полифенолы и алканоиды. Они тоже борются с биопленкой, но их сложно применять из-за нестабильности и необходимости сложной очистки.

Самый распространенный метод профилактики — антибиотики. Их используют и в животноводстве, причем более половины противомикробных препаратов в мире приходится на ветеринарную медицину. Но некоторые антибиотики, например ампициллин и клоксациллин, могут стимулировать образование биопленки у некоторых бактерий.

Мы исследовали методы предотвращения образования биоплёнки, включая использование наночастиц серебра (AgNP). Предыдущие исследования сосредоточились на эффективности AgNP в лабораторных условиях. В этом исследовании мы изучили эффективность AgNP при лечении 700 дойных коров с субклиническим маститом в Новосибирской области.

Субклинический мастит — это воспаление тканей вымени, которое поражает небольшие участки молочной железы и может снизить качество молока и продуктивность его получения. При отсутствии лечения он может перейти в клиническую фазу. Субклиническая форма мастита характеризуется отсутствием клинических признаков, но высоким содержанием соматических и бактериальных клеток в молоке, – говорит руководитель проекта, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Алексей Пестряков.

Исследовали коров в возрасте от 2,5 до 5 лет и весом от 400 до 500 кг. Их разделили на две группы по 350 голов. Одна группа получала лечение распространённым зарубежным антибиотиком, а вторая — препаратом «Арговит-С AgNP», который разработали политехники вместе с коллегами.

Наночастицы металлов и оксидов могут разрушать биоплёнки и бактериальные клетки. Это происходит за счёт окислительного стресса, блокирования синтеза белка и разрушения ДНК. В результате бактерии хуже образуют биоплёнки.

Ранее было установлено, что наночастицы серебра (AgNP) подавляют рост бактерий и препятствуют образованию их биоплёнок. Они нарушают целостность мембран бактериальных клеток и мешают их клеточным процессам. Эффективность AgNP зависит от размера, концентрации и стабильности наночастиц, а также от видов бактерий.

Оба вида лечения — зарубежным антибиотиком и препаратом «Арговит-С AgNP» — вводили интрамаммарно 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.

Доза и концентрация антибиотика применялись в соответствии с инструкцией производителя. Доза «Арговита» была выбрана на основании результатов предварительных экспериментов. Коровам с субклиническим маститом раз в сутки вводили 10-кратно разведённый „Арговит“ в объёме 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 подсчётом количества соматических и бактериальных клеток в образцах, — добавляет Алексей Пестряков.

Исследователи изучили свойства бактерий рода Streptococcus, выделенных из молока до и после лечения. Были проанализированы шесть видов бактерий.

После лечения коров наночастицами серебра количество бактерий, образующих прочные биоплёнки, снизилось на 35,6%. После лечения коммерческим антибиотиком наблюдался обратный эффект.

По словам профессора ТПУ, это первое масштабное исследование влияния обработки AgNP на образование биоплёнок при терапии бактериальных заболеваний у животных. Терапия AgNP может помочь в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.

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.