ЖурналыПодпискаАрхивКнигиПроектыО насРекламаДоставка/ОплатаКонтакты
+7 (495) 482-43-29
  • Главная
  • / Журналы
  • / Вернуться в журнал
  • / Содержание номера
  • / Статья
Аппликационный лазерный перенос наночастиц металлов на бактериальные биопленки

Аппликационный лазерный перенос наночастиц металлов на бактериальные биопленки

Авторы:
Толордава Э.Р.,
Кудряшов С.И.,
Настулявичус А.А.,
Ионин А.А.,
Романова Ю.М.

Журнал: Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(4):192-195.

DOI: 10.17116/molgen201937041192

Прочитано: 1851 раз

Скачать PDF

Резюме

Впервые показано эффективное использование метода аппликационного лазерного переноса наночастиц серебра и меди в борьбе с биопленками, формированными на твердой подложке. При этом экспериментально подтверждено, что этот эффект не связан с воздействием самого лазера. Предложенный нами метод позволяет повысить локальность, доступность и эффективность разрушения биопленки за счет бактерицидного эффекта металлических наночастиц при незначительном прямом лазерном воздействии на биопленку.

Ключевые слова

  • бактериальные биопленки
  • наночастицы металлов
  • лазерная абляция

Дата публикации: 30.04.2020

Введение

Бактериальная биопленка — сложноорганизованная форма существования бактерий, продуцирующих внеклеточный матрикс [1, 2]. Способность к образованию биопленок доказана у большинства микроорганизмов, различия заключаются лишь в степени выраженности процесса. Поиск современных средств борьбы с биопленками ведется в разных направлениях. За последние годы получены многочисленные экспериментальные данные, имеющие фундаментальное и практическое значение [3—6]. Наряду с традиционными и инновационными агентами появились нанотехнологические разработки, проявляющие бактерицидное действие, основанные на новых принципах, отчасти заимствованных из живой природы [7, 8]. Было показано, что благодаря плотной текстуре из нанопичков, крылья цикад обладают не только гидрофобными свойствами, но и механическим бактерицидным эффектом, повреждая мембраны бактерий остриями нанопичков («наномеханический эффект шипа»). Искусственные нанопичковые структуры, сформированные под действием лазерного излучения на поверхностях самых разных материалов — металлов, полупроводников, полимеров, в последние годы также показали высокую эффективность предупреждения образования биопленки на нанотекстурированных поверхностях [9, 10]. В основе бактерицидных свойств наночастиц лежат разные механизмы в зависимости от того, из каких материалов их получают. Химический состав, размер и дзета-потенциал больше всего влияют на антибактериальный эффект частиц. К сожалению, при длительной инокуляции (сутки и более) бактерии способны формировать биопленки практически на любой структурированной поверхности.

Большинство разрабатываемых традиционных и инновационных методов борьбы с бактериальными биопленками направлено на предупреждение (профилактику) формирования биопленок. На самом деле, особо актуальной задачей современной медицинской микробиологии является поиск средств борьбы против уже сформировавшихся бактериальных пленок.

Материал и методы

Бактериальные штаммы. Клинические изоляты бактерий Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa из коллекции лаборатории генной инженерии патогенных микроорганизмов ФГБУ НИЦЭМ им. Гамалеи.

Питательные среды: питательный LB-бульон («Difco», США).

Для приготовления питательного агара LB добавляли 1% агар.

Для получения бактериальных биопленок, ночную бульонную культуру бактерий разводили 1:100 в LB. Разведенную культуру вносили в пробирки с кусочками стекла размером 10×10 мм толщиной 1 мм. Инкубировали в термостате при 37 °C в течение 24 ч при покачивании 10 раз в 1 минуту, с углом наклона 4°.

Для разрушения биопленок использовали раствор ДНКазы в физиологическом растворе.

Металлические пленки (серебра, золота и меди) напылялись на пластиковую подложку методом магнетронного напыления в атмосфере аргона.

Перенос металлических пленок в виде наночастиц на бактериальные биопленки осуществляли с помощью волоконного наносекундного лазера HTF MARK (Булат) на ионах Yb3+ (длина волны: 1064 нм, длительность импульса на полувысоте: 120 нс, максимальная энергия в импульсе: 1 мДж, частота повторения импульсов до 80 кГц). Излучение фокусировалось гальвано-сканнером с фокусным расстоянием объектива 160 мм.

Результаты

Образцы стекол с прикрепленными на их поверхности суточными бактериальными биопленками переносили на лазерное устройство и напыляли наночастицами серебра, меди и золота (см. рисунок).

Схема/принцип аппликационного лазерного переноса наночастиц с прозрачной подложки на биопленки патогенных микроорганизмов.

Пластик с напыленной на него тонкой (≈120 нм) металлической (Au, Ag, Cu) пленкой подвергали воздействию лазерного излучения с энергией в импульсе: 0,2 мДж, частотой следования импульса: 20 кГц и скоростью сканирования: 1500 мм/с. Минимальный размер пятна фокусировки при этом составлял ≈80 мкм. Расстояние между мишенью и стеклом с биопленкой 2 мм. Излучение фокусировалось на пленке. Возникающий в результате абляции расплав из наночастиц отлетал от мишени и попадал на стеклянную подложку с бактериальной биопленкой, где в итоге образовывались скопления наночастиц. Прозрачная пластиковая подложка позволяет использовать для переноса наночастиц из металлической пленки относительно низкоинтенсивное импульсное лазерное излучение, слабо нагревающее эти наночастицы.

После переноса частиц стекла с бактериальными биопленками переносили в пробирки с физиологическим раствором ДНК-азы и интенсивно встряхивали на шейкере в течение 1 ч. Под воздействием ДНК-азы матрикс биопленки разрушается, но при этом клетки бактерий остаются невредимыми. Затем полученную суспензию титровали стандартным микробиологическим методом и для определения КОЕ (колония образующая единица) высевали на твердую питательную среду (см. таблицу).

Влияние аппликационного лазерного переноса наночастиц золота, меди и серебра (с контролем по аналогичному лазерному воздействию через пластиковую подложку без металлической пленки) на значения КОЕ/мл сформированных за 24 ч биопленок

При аппликационном лазерном переносе наночастиц серебра и меди на поверхность бактериальных биопленок патогенных микроорганизмов S. aureus и P. aeruginosa выявлена полная гибель живой суточной биопленки. При переносе золотых наночастиц и при воздействии лазера через пластиковую подложку без металлической пленки бактерицидного воздействия не выявлено. Эти результаты показывают, что бактерицидность не связана с воздействием лазера и температурой наночастиц металлов. По нашему предположению эффективность метода об-условлена свойствами наночастиц серебра и меди.

На данном этапе проводятся исследования по изучению бактерицидных свойств наночастиц Se, Si и Zn, перенесенных аппликационно лазерным методом на биопленки. Также ведутся работы по изучению цитотоксичности вышеперечисленных металлов и метода. Менее токсичные наночастицы металлов будут исследованы в экспериментах in vivo.

Предложенный нами способ позволяет повысить локальность, доступность и эффективность разрушения биопленки за счет бактерицидного эффекта металлических наночастиц при незначительном прямом лазерном воздействии на биопленку.

Работа поддержана грантом РНФ № 18−15−00220.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Толордава Э.Р. — e-mail: tolordava@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0002-9920-2432

Кудряшов С.И. — e-mail: genes 2007@yandex.ru

Настулявичус А.А. — e-mail: genes 2007@yandex.ru

Ионин А.А. — e-mail: genes 2007@yandex.ru

Романова Ю.М. — e-mail: genes 2007@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0002-8547-1711

Автор, ответственный за переписку:

Толордава Э.P. — e-mail: tolordava@yandex.ru

Как цитировать:

Толордава Э.Р., Кудряшов С.И., Настулявичус А.А., Ионин А.А., Романова Ю.М. Аппликационный лазерный перенос наночастиц металлов на бактериальные биопленки. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2019;37(4):192-195. https://doi.org/10.17116/molgen201937041

slide-cover
slide-cover

Рекомендуем статьи по данной теме:

Острое отравление метадоном и α-пирролидиновалерофеноном тяжелой степени, осложненное остановкой кровообращения.Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2026;126(8):110-119

Влияние социальных сетей на формирование дисморфофобий и риск развития расстройств пищевого поведения у студентов.Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2026;126(8):104-109

Здоровые молодые взрослые с семейной отягощенностью по алкогольной зависимости: суицидальные мысли, тревога и «поиск новизны».Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2026;126(8):96-103

Кетогенная диета в лечении фармакорезистентной эпилепсии у детей: оценка клинической эффективности, потребления ресурсов здравоохранения и прямых медицинских затрат.Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2026;126(8):86-95

Клинико-функциональные особенности болезни Паркинсона при хронической болезни почек.Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2026;126(8):79-85

Факторы, ассоциированные с прогрессированием умеренных когнитивных нарушений у пациентов с фибрилляцией предсердий.Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2026;126(8):71-78

Распространенность рассеянного склероза в Республике Дагестан.Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2026;126(8):66-70

Современный взгляд на немедикаментозную коррекцию когнитивных нарушений.Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2026;126(8):59-65

Двигательные дисфункции как промежуточный фенотип шизофрении: систематизированный обзор.Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2026;126(8):51-58

Молекулярные и системные механизмы когнитивных нарушений, ассоциированных с коронавирусной инфекцией.Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2026;126(8):40-50

Издательство «Медиа Сфера»
РекламаДоставка/ОплатаО насКонтактыОбучение для редакцийПолитика конфиденциальностиПолитика обработки персональных данныхПубличная оферта на реализацию издательской продукции
ЖурналыПодпискаАрхивКнигиПроекты
  • RuStore

© 1998-2026

  • Телефоны издательства:

  • +7 (495) 482-41-18
  • +7 (495) 482-43-29
  • Прямой телефон отдела подписки
    (только по вопросам заказов и доставки журналов)

  • +7 (800) 250-18-12
  • пн-пт с 10:00 до 18:00

  • Telegram
  • VK
info@mediasphera.ru
  • Почтовый адрес:

  • Издательство «Медиа Сфера»,
    а/я 54, Москва, Россия, 127238

  • RuStore

© 1998-2026