ИСТИНА

Проект направлен на решение чрезвычайно важной проблемы в медицине – антибиотикорезистентности микроорганизмов. Рост числа больных с гнойно-воспалительными заболеваниями мягких тканей, бытовых и военных ранений, послеоперационных раневых осложнений выдвигают проблему борьбы с множественной лекарственной устойчивостью микроорганизмов в качестве одной из важнейших задач в современной клинической практике. Предлагаемый проект ориентирован на создание новых медицинских материалов (раневых покрытий и других) на основе металлсодержащих конъюгатов коллагена и флавоноидов. Поставленная в рамках проекта задача включает разработку современного, экологически безопасного способа получения таких материалов в виде пленок, губок и порошков, содержащих моно- и биметаллические наночастицы.

The creation of new biocompatible wound dressings based on derivatives of polymers of natural origin and bioactive metal nanoparticles of controlled composition and structure, which would provide a prolonged antimicrobial effect, accelerate wound healing and possess the necessary operational properties, is, of course, an urgent task. The project is devoted to the development of an approach to obtaining new multilayer compositions, including layers of chitosan and oxidized nanofibrillar cellulose (ONFC) with Ag and Cu nanoparticles of controlled composition and structure included in the layered structure, and to establishing the relationship between the structure and biological activity of metal composites. The combination of polysaccharides to obtain wound materials seems promising due to the possibility of controlling important properties of coatings (gas permeability, mechanical strength, behavior in physiological media, etc.). The addition of ONFC to chitosan makes the coating more stable and mechanically strong due to the reinforcing effect of the cellulose additive. The inclusion of a combination of bioactive nanoparticles of Ag and Cu metals into the structure of compositions based on chitosan and ONFC seems to be very promising in connection with the opportunities for obtaining multifunctional materials for medicine with a pronounced antimicrobial effect. The combination of Ag and Cu nanoparticles can lead to a more complete bactericidal action against a mixed population of bacteria, a problem that often arises in the treatment of chronic wounds. The objectives of the project lie in the field of creating metal-composite materials using the methods of chemical modification of polymers and the physicochemical method for obtaining metal nanoparticles. The scientific novelty of the project is due to the fact that for the first time the method of metal vapor synthesis (MPS) will be integrated into the scheme for obtaining compositions, which has already proven itself as an effective method for obtaining bioactive metal nanoparticles and biopolymer-based composites containing them. The MPS method will be used to obtain sols of metal (Ag and Cu) nanoparticles in organic solvents, which will then be used to modify the polysaccharide support. As a result of the project, a series of multilayer composite coatings will be obtained with varying content and localization of metal nanoparticles. The structure and properties of the obtained metal composite materials will be investigated, including an assessment of the antimicrobial properties of the obtained compositions against antibiotic-resistant test microorganisms. The interaction of metal nanoparticles with the surface of a carrier stabilizing them can significantly change the electronic structure of both the metal and the nanocomposite as a whole, and, consequently, its properties, including biological ones. The question of the chemistry of surface coordination of metal nanoparticles and biopolymers in the design of metal composite materials for biomedical purposes is the cornerstone in the design and prediction of possible functional properties, including bacterial activity. Therefore, much attention in the project will be paid to the study of the processes of formation of hybrid metal compositions. For the first time, the nature of intermolecular interactions of the surface of metal nanoparticles with functional groups of the proposed multilayer polysaccharide compositions of chitosan and ONPC will be investigated. The influence of the composition and structure of the obtained metal compositions on their antimicrobial activity will be established. The results obtained will create a scientific basis for the preparation of new biocompatible metal-composite wound dressings with antimicrobial activity.

Будут получены три типа материалов: конъюгаты наночастиц Ag, Cu, Ag-Cu с коллагеном и кверцетином, а также гибридный металлсодержащий композит на основе системы коллаген/кверцитин. Будет выполнено исследование состава, структуры и морфологии полученных систем с использованием методов рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рентгеноабсорбционной спектроскопии EXAFS/XANES и рентгеновского малоуглового рассеяния, а также методами электронной микроскопии.

Авторский коллектив длительное время ведет исследования в области использования металло-парового синтез (МПС) для получения металлоорганических соединений, наночастиц металлов и композиционных материалов на их основе. Накоплен значительный опыт в области экспериментального использования метода МПС для получения металлсодержащих гибридных материалов на основе матриц различной природы: полимерные, неорганические и углеродные подложки. Авторский коллектив располагает комплексом установок для проведения металло- парового синтеза: с металлическим реактором (объем 36 л) и реактором из кварцевого стекла (объем 5 л), что позволяет оперативно проводить поисковые исследования и нарабатывать препаративные количества продуктов. Материалы, полученные с использованием технологии МПС, показали свою антибактериальную и противогрибковую эффективность. Оценка эффективности полученных нанокомпозитов проведена на основании клинических наблюдений, бактериологических и цитологических исследований. Определена антибактериальная активность перевязочных материалов, содержащих наночастицы серебра, к девяти наиболее распространенным микроорганизмам (Salmonella enteritidis, Proteus mirabilis, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumonia, Escherichia coli, Acinetobacter baumannii, Moraxella spp., Staphylococcus aureus, Staphylococcus haemoliticus) и грибу рода Candida (Candida spp.). Исследования показали выраженные противобактериальные и противогрибковые свойства к штаммам: Salmonella enteritidis, Staphylococcus aureus, Candida spp. и Proteus mirabilis.

Разработаны оптимальные методики металло-парового синтеза получения органозолей наночастиц металлов Ag и Cu в дисперсионных средах различной природы – изопропаноле, толуоле, ацетоне. Определена зависимость размера частиц от природы используемых органических реагентов и выбраны оптимальные пары реагентов металл-органический лиганд, используемые для модифицирования матриц. Разработаны методики модифицирования трех типов матриц: коллагена, кверцетина, системы коллаген/кверцитин органозолями наночастицами Ag и Cu, в дисперсионных средах различной природы и изучено влияния условий модифицирования на структуру и свойства конъюгатов, в том числе при использовании ультразвукового воздействия. Выполнено исследование состава, структуры и морфологии полученных конъюгатов методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рентгеновского малоуглового рассеяния, ТГА и ДСК, а также методами электронной микроскопии. Изучена биологическая активность полученных монометаллических конъюгатов методом серийных разведений или диско-иффузионным методом