RU2760677C1 - Применение наночастиц Fe-Fe3O4 со структурой ядро-оболочка для повышения чувствительности бактерий к антибиотикам - Google Patents

Применение наночастиц Fe-Fe3O4 со структурой ядро-оболочка для повышения чувствительности бактерий к антибиотикам Download PDF

Info

Publication number
RU2760677C1
RU2760677C1 RU2020141091A RU2020141091A RU2760677C1 RU 2760677 C1 RU2760677 C1 RU 2760677C1 RU 2020141091 A RU2020141091 A RU 2020141091A RU 2020141091 A RU2020141091 A RU 2020141091A RU 2760677 C1 RU2760677 C1 RU 2760677C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanoparticles
concentration
bacteria
ampicillin
antibiotics
Prior art date
Application number
RU2020141091A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Сергеевич Ложкомоев
Ольга Владимировна Бакина
Александр Васильевич Первиков
Сергей Олегович Казанцев
Елена Алексеевна Глазкова
Марат Израильевич Лернер
Анастасия Михайловна Кондранова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН)
Priority to RU2020141091A priority Critical patent/RU2760677C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2760677C1 publication Critical patent/RU2760677C1/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/33—Heterocyclic compounds
    • A61K31/395—Heterocyclic compounds having nitrogen as a ring hetero atom, e.g. guanethidine or rifamycins
    • A61K31/41—Heterocyclic compounds having nitrogen as a ring hetero atom, e.g. guanethidine or rifamycins having five-membered rings with two or more ring hetero atoms, at least one of which being nitrogen, e.g. tetrazole
    • A61K31/425—Thiazoles
    • A61K31/429—Thiazoles condensed with heterocyclic ring systems
    • A61K31/43—Compounds containing 4-thia-1-azabicyclo [3.2.0] heptane ring systems, i.e. compounds containing a ring system of the formula, e.g. penicillins, penems
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K31/00—Medicinal preparations containing organic active ingredients
    • A61K31/70—Carbohydrates; Sugars; Derivatives thereof
    • A61K31/7028—Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages
    • A61K31/7034—Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages attached to a carbocyclic compound, e.g. phloridzin
    • A61K31/7036—Compounds having saccharide radicals attached to non-saccharide compounds by glycosidic linkages attached to a carbocyclic compound, e.g. phloridzin having at least one amino group directly attached to the carbocyclic ring, e.g. streptomycin, gentamycin, amikacin, validamycin, fortimicins
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K33/00—Medicinal preparations containing inorganic active ingredients
    • A61K33/24—Heavy metals; Compounds thereof
    • A61K33/26—Iron; Compounds thereof
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P17/00—Drugs for dermatological disorders
    • A61P17/02—Drugs for dermatological disorders for treating wounds, ulcers, burns, scars, keloids, or the like
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P31/00—Antiinfectives, i.e. antibiotics, antiseptics, chemotherapeutics
    • A61P31/04—Antibacterial agents

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oncology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Dermatology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Communicable Diseases (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области медицины и фармацевтики, а именно к применению наночастиц Fe-Fe3O4 (железо-оксид железа) со структурой ядро-оболочка, где ядро – это Fe, а оболочка – Fe3O4, в качестве средства повышения чувствительности бактерий резистентных штаммов, таких как Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus, к антибиотикам, таким как ампициллин и амикацин, при лечении ран, причем наночастицы выбраны из 1) имеющих положительный дзета-потенциал в деионизованной воде при рН 7,4 и температуре 37 °С 9,6±1,8 мВ, величину удельной поверхности 6,7±0,9 м2/г, содержание оксида железа (Fe3O4) 39 масс.% и средний размер частиц 81±5 нм или 2) имеющих положительный дзета-потенциал в деионизованной воде при рН 7,4 и температуре 37 °С 10,4±2,3 мВ, величину удельной поверхности 7,3±0,8 м2/г, содержание оксида железа (Fe3O4) 92 масс.% и средний размер частиц 78±3 нм. Технический результат заключается в уменьшении дозы антибиотика, возможности применения низкотоксичных антибиотиков, повышении эффективности лечения. 6 з.п. ф-лы, 5 табл., 2 пр.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к медицине, а именно к потенцированию действия антибиотиков и может быть использовано для лечения ран кожного покрова и мягких тканей, инфицированных множественно-устойчивыми бактериями.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен магнитный нанокомпозит, раскрытый в [RU 2565677, опубл. 20.10.2015]. Магнитный нанокомпозит имеет структуру «ядро-оболочка-матрица», где ядром являются наночастицы железа с подавляющим преобладанием железа в нульвалентном состоянии Fe⁰ (74,5%), и его оксидов 25,5%, оболочкой, покрывающей наночастицы, является феррит, а матрицей - пироуглерод в состоянии в sp2-гибридизации. Общее содержание железа Fe⁰ в полученном магнитном нанокомпозите материале составляет 31,01-38,25%, намагниченность насыщения составляет 3-59 Гс•см3/г.
К недостаткам можно отнести наличие гидрофобного углеродного слоя на поверхности частиц, ухудшающего мембранотропные свойства наночастиц.
В статье авторов You Qiang, Jiji Antony, Amit Sharma, Joseph Nutting, Daniel Sikes and Daniel Meyer [Iron/iron oxide core-shell nanoclusters for biomedical applications // Journal of Nanoparticle Research (2006) 8: 489–496] описаны наночастицы размером до 100 нм со структурой «ядро-оболочка», где ядро – это железо, а оболочка – оксид железа толщиной примерно 2,5 нм независимо от размера частиц. Описанные наночастицы предлагается использовать в биомедицинских приложениях как контраст, для разделения клеток или доставки лекарств.
К недостатком таких частиц можно отнести низкую величину дзета-потенциала наночастиц, обусловленную тонкой оксидной оболочкой на поверхности железного ядра, которая не обеспечивает мембранотропные свойства наночастиц.
Известно применение пористых наноструктур Fe2O3 для преодоления устойчивости бактерий к антибиотикам [RU 2720238 C1, опубл.: 28.04.2020] раскрытие которого основано на неожиданном наблюдении, что пористые наноструктуры Fe2O3 (гематит), имеющие удельную поверхность не менее 50 м2/г; положительный дзета-потенциал, у которых отношение объема мезопор к объему микропор больше или равно 2 обладают свойством повышать чувствительность резистентных штаммов бактерий к антибиотикам.
К недостаткам данного применения (или частиц) можно отнести то, что такие структуры оказывают потенцирующее действие при высокой концентрации наноструктур – не менее 1 мг/мл и антибиотика – 50 мкг/мл.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее раскрытие основано на неожиданном наблюдении, что наночастицы Fe-Fe3O4 со структурой ядро-оболочка, имеющие положительный дзета-потенциал в деионизованной воде при рН 7,4 и температуре 37 °С от +3,6 мВ до +10,4 мВ; средний размер частиц менее 100 нм; величину удельной поверхности от 6,7 м2/г до 9,3 м2/г, содержание оксида железа от 3 до 92 масс.%, обладают свойством повышать чувствительность бактерий к антибиотикам.
Задачей настоящего изобретения является применение вышеописанных наночастиц Fe-Fe3O4 для снижения действующей концентрации антибиотиков за счёт повышения чувствительности бактерий, в том числе резистентных штаммов, к лекарственным препаратам.
Технический результат - уменьшение дозы антибиотика, возможность применения низкотоксичных антибиотиков, повышение эффективности лечения.
Поставленная задача достигается тем, что наночастицы Fe-Fe3O4 (железо-оксид железа) со структурой ядро-оболочка, где ядро это Fe, а оболочка – Fe3O4, имеющие положительный дзета-потенциал в деионизованной воде при рН 7,4 и температуре 37 °С от +3,6 мВ до +10,4 мВ, величину удельной поверхности от 6,7 м2/г до 9,3 м2/г, содержание оксида железа от 3 до 92 масс.% применяют в качестве средства повышения чувствительности бактерий, в том числе резистентных штаммов, к антибиотикам.
При этом содержание оксида железа (Fe3O4) предпочтительно составляет не менее 39 масс.% при толщине оболочки оксида железа, предпочтительно составляющей не менее 3 нм.
При этом толщина оболочки оксида железа, составляет не менее 3 нм.
Предпочтительно, что величина дзета-потенциала наночастиц в деионизованной воде при рН 7,4 и температуре 37 °С составляет от 8 мВ до 13 мВ.
Предпочтительно, что средний размер частиц составляет не менее 100 нм; предпочтительно 60-80 нм.
Причем упомянутые структуры используют в качестве средства повышения чувствительности как грамположительной, так и грамотрицательной бактерии к антибиотикам.
Кроме того, бактерия представляет собой грамотрицательную и выбрана из родов Pseudomonas aeruginosa, которая устойчива к ампициллину.
Кроме того, бактерия представляет собой грамположительную и выбрана из рода Staphylococcus aureus и представляет собой клинический штамм или клинический изолят метициллин-резистентный золотистый стафилококк (MRSA), который устойчив к ампициллину.
При этом антибиотик выбран из β-лактамов, например, ампициллин, и из аминогликозидов, например, амикацин.
Синергетический потенцирующий эффект (когда концентрация живых клеток после инкубированияя меньше 50 % относительно контроля) по отношению к MRSA достигается при использовании концентрации наночастиц от 0,025 до 0,075 мг/мл, и ампициллина с концентрацией не менее 16 мкг/мл или амикацина с концентрацией не менее 8 мкг/мл. По отношению к P. aeruginosa синергетический потенцирующий эффект достигается при использовании концентрации наночастиц от 0,05 до 0,125 мг/мл и ампициллина с концентрацией не менее 64 мкг/мл или амикацина с концентрацией не менее 8 мкг/мл.
Потенцирующим действием обладают наночастицы Fe-Fe3O4, содержащие не менее 39 масс.% Fe3O4. Это связано с величиной дзета-потенциала наночастиц, которая для данных наночастиц в деионизованной воде при рН 7,4 и температуре 37 °С составляет 9,6±1,8 мВ. Положительный дзета-потенциал наночастиц способствует более интенсивной адгезии к отрицательно заряженным бактериальным мембранам, что, в свою очередь, приводит к деполяризации мембран и более интенсивному проникновению антибиотика к мишеням действия, более интенсивному проникновению наночастиц вместе с антибиотиками внутрь бактерий, а также нарушению защитных функций бактерий, например инактивации ферментов, отвечающих за выработку бета-лактамазы.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сущность изобретения поясняется также нижеприведенными примерами конкретного выполнения.
В таблице 1 представлены основные характеристики использованных синтезированных наночастиц для оценки их антимикробной активности.
Таблица 1 – Характеристики наночастиц Fe-Fe3O4
Образец Содержание оксида железа, масс. % Расчетное значение толщины оболочки, нм Дзета-потенциал в деионизованной воде при рН 7,4 и температуре 37 °С Величина удельной поверхности, м2/г Средний размер частиц, нм
1 3 0,5±0,2 3,6±1,1 9,3±1,0 66±1
2 19 3,9±0,7 5,6±1,3 8,5±1,1 68±2
3 39 7,9±2,0 9,6±1,8 6,7±0,9 81±5
4 92 20,2±2,2 10,4±2,3 7,3±0,8 78±3
Пример 1
Оценка антимикробной активности наночастиц в комбинации с ампициллином или амикацином по отношению к метициллин-резистентному золотистому стафилококку (MRSA), штамм AATCC 43300.
Для оценки потенцирующей способности наночастиц по отношению к ампициллину или амикацину определяли дозы наночастиц и антибиотиков, при которых выживает не более 50 % бактерий (IC50). В исследовании использовали суточную культуру MRSA. При определении IC50 наночастиц, 1 мл бактериальной культуры MRSA в концентрации 5×105 КОЕ/мл помещали в 3 мл бульона Мюллера-Хинтона, содержащего наночастицы в концентрации: 2000, 1000, 500, 400, 300, 200, 100 мкг/мл. Суспензию наночастиц и бактерий встряхивали в орбитальном шейкере и инкубировали в течение 24 часов при 37 °С.
При определении IC50 антибиотиков, 1 мл бактериальной культуры MRSA в концентрации 5×105 КОЕ/мл помещали в 3 мл бульона Мюллера-Хинтона, содержащего антибиотик в концентрации: 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4 мкг/мл. Суспензию бактерий с антибиотиком встряхивали в орбитальном шейкере и инкубировали в течение 24 часов при 37 °С.
После инкубирования, методом серийных разведений высевали содержимое пробирок на чашки Петри с питательным агаром, инкубировали в течение 24 часов при 37 °С, осуществляли подсчет колоний и определяли количество выживших бактерий после инкубирования с наночастицами или антибиотиками. Концентрацию, при которой выжило 50 % бактерий, принимали за IC50. Для подтверждения достоверности результатов исследования проводили с шестикратным повторением.
Результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Антибактериальная активность наночастиц Fe-Fe3O4 по отношению к MRSA
Действующее вещество IC50 мкг/мл
Fe-Fe3O4 (3 масс. % Fe3O4) 200
Fe-Fe3O4 (19 масс. % Fe3O4) 200
Fe-Fe3O4 (39 масс. % Fe3O4) 200
Fe-Fe3O4 (92 масс. % Fe3O4) 200
Ампициллин 32
Амикацин 16
Результаты, представленные в таблице 2, показывают, что выживаемость бактерий MRSA составляет 50% при применении наночастиц Fe-Fe3O4 в концентрации 200 мкг/мл. Для ампициллина эта концентрация составляет 32 мкг/мл, а для амикацина – 16 мкг/мл.
Для оценки комбинированного воздействия использовали наночастицы в концентрации 75, 50, 25 мкг/мл (ниже IC50 более, чем в 2 раза), при которых наблюдается низкий ингибирующий эффект (эффект подавления роста бактерий) и субоптимальные концентрации антибиотиков – 16 мкг/мл для ампициллина и 8 мкг/мл для амикацина (в 2 раза ниже IC50).
Для этого использовали суточную культуру MRSA. 1 мл бактериальной культуры MRSA в концентрации 5×105 КОЕ/мл помещали в 2 мл бульона Мюллера-Хинтона, чтобы концентрация наночастиц составляла 75, 50 и 25 мкг/мл.
Далее, в пробирки добавляли 1 мл раствора антибиотика, так, чтобы концентрация ампициллина в пробирках составила 16 мкг/мл, а амикацина – 8 мкг/мл, и инкубировали в течение 24 часов при 37 °С.
После инкубирования, методом серийных разведений высевали содержимое пробирок на чашки Петри с питательным агаром, инкубировали в течение 24 часов при 37 °С, осуществляли подсчет колоний и определяли комбинацию наночастиц и антибиотика, при концентрации которых выживало не более 50 % бактерий. Для подтверждения достоверности результатов исследования проводили с шестикратным повторением.
Результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Комбинированное антибактериальное действие наночастиц Fe-Fe3O4 с антибиотиками по отношению к MRSA.
Образец Концентрация, мкг/мл Количество выживших бактерий, %
Ампициллин,
16 мкг/мл		 Амикацин,
8 мкг/мл		 Без антибиотика
Fe-Fe3O4 (3 масс. % Fe3O4) 75 56±3 55±3 83±4*
50 72±3 69±2 91±4*
25 88±4 83±4 95±5*
Fe-Fe3O4 (19 масс. % Fe3O4) 75 53±2 58±3 81±4*
50 64±2 67±3 85±5*
25 71±4 73±4 93±5*
Fe-Fe3O4 (39 масс. % Fe3O4) 75 11±3 6±2 81±3*
50 27±3 21±4 86±4*
25 44±4 38±4 91±4*
Fe-Fe3O4 (92 масс. % Fe3O4) 75 0 0 85±5*
50 11±3 6±2 88±5*
25 29±4 34±5 93±6*
Без наночастиц 0 86±4* 81±3* 100*
* Результаты из эксперимента по определению IC50 наночастиц и IC50 антибиотиков
Комбинированное применение наночастиц, содержащих 3 и 19 масс. % Fe3O4 и ампициллина или амикацина не приводит к существенному подавлению роста бактерий по сравнению с их раздельным применением. Следовательно, при инкубировании бактерий MRSA в комбинации с антибиотиками и наночастицами с тонкой оксидной пленкой толщиной не более 3,9 нм в диапазоне концентраций наночастиц от 25 мкг/мл до 75 мкг/мл не наблюдается потенцирующее синергетическое действие.
Комбинированное применение наночастиц, содержащих 39 и 92 масс % Fe3O4 и ампициллина или амикацина приводит к существенному подавлению роста бактерий по сравнению с их раздельным применением. При инкубировании бактерий MRSA в комбинации с антибиотиками и наночастицами в диапазоне концентраций наночастиц от 25 мкг/мл до 75 мкг/мл наблюдается потенцирующее синергетическое действие.
Пример 2
Оценка антимикробной активности наночастиц в комбинации с ампициллином или амикацином по отношению к синегнойной палочке P.aeruginosa, штамм ATCC 9027.
Для оценки потенцирующей способности наночастиц по отношению к ампициллину или амикацину определяли дозы наночастиц и антибиотиков, при которой выживает не более 50 % бактерий (IC50). В исследовании использовали суточную культуру P.aeruginosa.
При определении IC50 наночастиц, 1 мл бактериальной культуры P.aeruginosa в концентрации 5×105 КОЕ/мл помещали в 3 мл бульона Мюллера-Хинтона, содержащего наночастицы в концентрации: 2000, 1000, 500, 400, 300, 200, 100 мкг/мл. Суспензию наночастиц и бактерий встряхивали в орбитальном шейкере и инкубировали в течение 24 часов при 37 °С.
При определении IC50 антибиотиков, 1 мл бактериальной культуры P.aeruginosa в концентрации 5×105 КОЕ/мл помещали в 3 мл бульона Мюллера-Хинтона, содержащего антибиотик в концентрации: 256, 128, 64, 32, 16, 8, 4 мкг/мл. Суспензию бактерий с антибиотиком встряхивали в орбитальном шейкере и инкубировали в течение 24 часов при 37 °С.
После инкубирования, методом серийных разведений высевали содержимое пробирок на чашки Петри с питательным агаром, инкубировали в течение 24 часов при 37 °С, осуществляли подсчет колоний и определяли количество выживших бактерий после инкубирования с наночастицами или антибиотиками. Концентрацию, при которой выжило 50 % бактерий, принимали за IC50. Для подтверждения достоверности результатов исследования проводили с шестикратным повторением.
Результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4 – Антимикробная активность наночастиц Fe-Fe3O4 по отношению к P.aeruginosa
Действующее вещество IC50 мкг/мл
Fe-Fe3O4 (3 масс. % Fe3O4) 500
Fe-Fe3O4 (19 масс. % Fe3O4) 500
Fe-Fe3O4 (39 масс. % Fe3O4) 500
Fe-Fe3O4 (92 масс. % Fe3O4) 500
Ампициллин 128
Амикацин 16
Результаты, представленные в таблице 4, показывают, что выживаемость бактерий P.aeruginosa составляет 50% при применении наночастиц Fe-Fe3O4 в концентрации 500 мкг/мл. Для ампициллина эта концентрация составляет 128 мкг/мл, а для амикацина – 16 мкг/мл.
При комбинированном воздействии с антибиотиками использовали наночастицы в концентрации 125, 75, 50 мкг/мл (ниже IC50 более, чем в 2 раза), при которых наблюдается низкий ингибирующий эффект (эффект подавления роста бактерий) и субоптимальные концентрации антибиотиков – 64 мкг/мл для ампициллина и 8 мкг/мл для амикацина (в 2 раза ниже IC50).
Для этого использовали суточную культуру P.aeruginosa. 1 мл бактериальной культуры P.aeruginosa в концентрации 5×105 КОЕ/мл помещали в 2 мл бульона Мюллера-Хинтона, содержащего наночастицы в концентрации 125, 75 или 50 мкг/мл.
Далее, в пробирки добавляли 1 мл раствора антибиотика, так чтобы концентрация ампициллина в пробирках составила 64 мкг/мл, а амикацина – 8 мкг/мл и инкубировали в течение 24 часов при 37 °С.
После инкубирования, методом серийных разведений высевали содержимое пробирок на чашки Петри с питательным агаром, инкубировали в течение 24 часов при 37 °С, осуществляли подсчет колоний и определяли комбинацию наночастиц и антибиотика, при концентрации которых выживало не более 50 % бактерий. Для подтверждения достоверности результатов исследования проводили с шестикратным повторением.
Результаты представлены в таблице 5.
Таблица 5 – Комбинированное антимикробное действие наночастиц Fe-Fe3O4 с антибиотиками по отношению к P.aeruginosa
Образец Концентрация, мкг/мл Количество выживших бактерий, %
Ампициллин,
64 мкг/мл		 Амикацин,
8 мкг/мл		 Без антибиотика
Fe-Fe3O4 (3 масс. % Fe3O4) 125 62±2 56±3 80±4*
75 74±3 64±2 85±4*
50 79±3 73±3 93±4*
Fe-Fe3O4 (19 масс. % Fe3O4) 125 57±3 53±2 82±3*
75 65±3 63±3 87±4*
50 73±3 69±4 94±4*
Fe-Fe3O4 (39 масс. % Fe3O4) 125 21±2 17±2 80±3*
75 29±3 23±2 84±4*
50 40±3 35±3 92±4*
Fe-Fe3O4 (92 масс. % Fe3O4) 125 13±3 9±2 83±4*
75 23±3 17±2 91±5*
50 33±4 31±5 94±5*
Без наночастиц 0 93±5* 97±3* 100*
* Результаты из эксперимента по определению IC50 наночастиц и IC50 антибиотиков
Комбинированное применение наночастиц, содержащих 3 и 19 масс. % Fe3O4 и ампициллина или амикацина не приводит к существенному подавлению роста бактерий по сравнению с их раздельным применением. Следовательно, при инкубировании бактерий P.aeruginosa в комбинации с антибиотиками и наночастицами с тонкой оксидной пленкой толщиной не более 3,9 нм в диапазоне концентраций наночастиц от 50 мкг/мл до 125 мкг/мл не наблюдается потенцирующее синергетическое действие.
Комбинированное применение наночастиц, содержащих 39 и 92 масс % Fe3O4 и ампициллина или амикацина приводит к существенному подавлению роста бактерий по сравнению с их раздельным применением.
При инкубировании бактерий P.aeruginosa в комбинации с антибиотиками и наночастицами в диапазоне концентраций наночастиц от 50 мкг/мл до 125 мкг/мл наблюдается потенцирующее синергетическое действие.

Claims (9)

1. Применение наночастиц Fe-Fe3O4 (железо-оксид железа) со структурой ядро-оболочка, где ядро - это Fe, а оболочка - Fe3O4, в качестве средства повышения чувствительности бактерий резистентных штаммов к антибиотикам при лечении ран, причем наночастицы выбраны из
1) имеющих положительный дзета-потенциал в деионизованной воде при рН 7,4 и температуре 37 °С 9,6±1,8 мВ, величину удельной поверхности 6,7±0,9 м2/г, содержание оксида железа (Fe3O4) 39 масс.% и средний размер частиц 81±5 нм или
2) имеющих положительный дзета-потенциал в деионизованной воде при рН 7,4 и температуре 37 °С 10,4±2,3 мВ, величину удельной поверхности 7,3±0,8 м2/г, содержание оксида железа (Fe3O4) 92 масс.% и средний размер частиц 78±3 нм.
2. Применение по п. 1, отличающееся тем, что наночастицы используют в качестве средства повышения чувствительности как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий к антибиотикам.
3. Применение по п. 2, отличающееся тем, что грамотрицательные бактерии представляют собой бактерии Pseudomonas aeruginosa, которые устойчивы к ампициллину.
4. Применение по п. 2, отличающееся тем, что грамположительные бактерии представляют собой бактерии Staphylococcus aureus, выбранные из клинического штамма или клинического изолята метициллин-резистентного Staphylococcus aureus (MRSA), который устойчив к ампициллину.
5. Применение по п. 1 или 2, отличающееся тем, что антибиотик выбран из β-лактамов, например, ампициллина, или из аминогликозидов, например, амикацина.
6. Применение по п. 1, отличающееся тем, что для достижения синергетического потенцирующего эффекта по отношению к Staphylococcus aureus (MRSA) используют концентрацию наночастиц от 0,025 до 0,075 мг/мл и ампициллин с концентрацией 16 мкг/мл или амикацин с концентрацией 8 мкг/мл.
7. Применение по п. 1, отличающееся тем, что для достижения синергетического потенцирующего эффекта по отношению к Pseudomonas aeruginosa используют концентрацию наночастиц от 0,05 до 0,125 мг/мл и ампициллин с концентрацией 64 мкг/мл или амикацин с концентрацией 8 мкг/мл.
RU2020141091A 2020-12-14 2020-12-14 Применение наночастиц Fe-Fe3O4 со структурой ядро-оболочка для повышения чувствительности бактерий к антибиотикам RU2760677C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020141091A RU2760677C1 (ru) 2020-12-14 2020-12-14 Применение наночастиц Fe-Fe3O4 со структурой ядро-оболочка для повышения чувствительности бактерий к антибиотикам

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020141091A RU2760677C1 (ru) 2020-12-14 2020-12-14 Применение наночастиц Fe-Fe3O4 со структурой ядро-оболочка для повышения чувствительности бактерий к антибиотикам

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2760677C1 true RU2760677C1 (ru) 2021-11-29

Family

ID=79174039

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020141091A RU2760677C1 (ru) 2020-12-14 2020-12-14 Применение наночастиц Fe-Fe3O4 со структурой ядро-оболочка для повышения чувствительности бактерий к антибиотикам

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2760677C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116267989A (zh) * 2022-09-09 2023-06-23 兰州大学 一种针对三线镰刀菌的纳米铁抗菌剂

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8945628B2 (en) * 2010-05-26 2015-02-03 The General Hospital Corporation Magnetic nanoparticles
RU2560432C2 (ru) * 2013-05-20 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Агломераты оксигидроксидов металлов и их применение
RU2705989C1 (ru) * 2018-12-26 2019-11-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Применение низкоразмерных двумерных (2D) складчатых структур оксигидроксида алюминия (ALOOH) для преодоления устойчивости бактерий к антибиотикам
RU2720238C1 (ru) * 2019-07-16 2020-04-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) ПРИМЕНЕНИЕ ПОРИСТЫХ НАНОСТРУКТУР Fe2O3 ДЛЯ ПРЕОДОЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ БАКТЕРИЙ К АНТИБИОТИКАМ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8945628B2 (en) * 2010-05-26 2015-02-03 The General Hospital Corporation Magnetic nanoparticles
RU2560432C2 (ru) * 2013-05-20 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Агломераты оксигидроксидов металлов и их применение
RU2705989C1 (ru) * 2018-12-26 2019-11-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) Применение низкоразмерных двумерных (2D) складчатых структур оксигидроксида алюминия (ALOOH) для преодоления устойчивости бактерий к антибиотикам
RU2720238C1 (ru) * 2019-07-16 2020-04-28 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН) ПРИМЕНЕНИЕ ПОРИСТЫХ НАНОСТРУКТУР Fe2O3 ДЛЯ ПРЕОДОЛЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ БАКТЕРИЙ К АНТИБИОТИКАМ

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LEE C. et al. Bactericidal Effect of Zero-Valent Iron Nanoparticles on Escherichia coli // Environmental science & technology. - 2008. - Vol. 42. - No. 13. - P. 4927-4933.. *
КАЗАНЦЕВ С. О. и др. Синтез и свойства низкоразмерных наноструктур на основе оксида железа // Перспективы развития фундаментальных наук: сборник научных трудов XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Томск, 24-27 апреля 2018 г. Т. 2: *
КАЗАНЦЕВ С. О. и др. Синтез и свойства низкоразмерных наноструктур на основе оксида железа // Перспективы развития фундаментальных наук: сборник научных трудов XV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Томск, 24-27 апреля 2018 г. Т. 2: Химия.-Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2018. - Т. 2. - С. 132-134.. LEE C. et al. Bactericidal Effect of Zero-Valent Iron Nanoparticles on Escherichia coli // Environmental science & technology. - 2008. - Vol. 42. - No. 13. - P. 4927-4933.. *
Химия.-Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2018. - Т. 2. - С. 132-134.. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116267989A (zh) * 2022-09-09 2023-06-23 兰州大学 一种针对三线镰刀菌的纳米铁抗菌剂
CN116267989B (zh) * 2022-09-09 2024-05-07 兰州大学 一种针对三线镰刀菌的纳米铁抗菌剂

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Banerjee et al. A review on basic biology of bacterial biofilm infections and their treatments by nanotechnology-based approaches
Alavi et al. Synergistic combinations of metal, metal oxide, or metalloid nanoparticles plus antibiotics against resistant and non-resistant bacteria
Yousef et al. In vitro antibacterial activity and minimum inhibitory concentration of zinc oxide and nano-particle zinc oxide against pathogenic strains
Ramachandran et al. Antibiofilm efficacy of silver nanoparticles against biofilm forming multidrug resistant clinical isolates
Tian et al. Recent advances and future challenges in the use of nanoparticles for the dispersal of infectious biofilms
RU2760677C1 (ru) Применение наночастиц Fe-Fe3O4 со структурой ядро-оболочка для повышения чувствительности бактерий к антибиотикам
Ghotaslou et al. The in vitro effects of silver nanoparticles on bacterial biofilms
Hendiani et al. Synthesis of silver nanoparticles and its synergistic effects in combination with imipenem and two biocides against biofilm producing Acinetobacter baumannii
Daghdari et al. The effect of ZnO nanoparticles on bacterial load of experimental infectious wounds contaminated with Staphylococcus aureus in mice.
Rai et al. Antibiotic resistance: can nanoparticles tackle the problem
Akiyama et al. Interaction of Staphylococcus aureus cells and silk threads in vitro and in mouse skin
Saadh Effect of silver nanoparticles on the antibacterial activity of Levofloxacin against methicillin-resistant Staphylococcus aureus
Galal et al. Toxicity assessment of green synthesized Cu nanoparticles by cell-free extract of Pseudomonas silesiensis as antitumor cancer and antimicrobial
Kher et al. Effect of nanosulfur against multidrug-resistant Staphylococcus pseudintermedius and Pseudomonas aeruginosa
Popova et al. IN VITRO ANTIMICROBIAL ACTIVITY OF COLLOIDAL NANO SILVER.
Lorian et al. Minimal antibiotic concentrations of aminoglycosides and β-lactam antibiotics for some gram-negative bacilli and gram-positive cocci
Umamageswari et al. Evaluation of antibacterial activity of zinc oxide nanoparticles against biofilm producing methicillin resistant Staphylococcus aureus (MRSA)
Abdelghafar et al. Combating Staphylococcus aureus biofilm with Antibiofilm agents as an efficient strategy to control bacterial infection
WO2004022048A1 (en) Fosfomycin and n-acetylcysteine for the treatment of biofilms caused by escheric ia coli and other pathogens of the urinary tract
Yang et al. Silver nanoparticles as a smart antimicrobial agent
CN111529546A (zh) 一种具有治疗作用的夺铁剂复合物及其制备方法
Hamed et al. www. ijarbs. com Coden: IJARQG (USA)
Ohanyan et al. ANTIBACTERIAL ACTION OF CHEMICAL AND GREEN SILVER NANOPARTICLES IN COMBINATION WITH ANTIBIOTICS.
Ghafil et al. Coating indwelling urinary catheters with moxifloxacin prevents biofilm formation by Burkholderia cepacia
Villegas et al. Metallic nanoparticles as a strategy for the treatment of infectious diseases