Оценка эффективности поверхностного модифицирования катионным амфифилом нетканых матриксов различного полимерного состава: результаты тестирования in vitro

Возможности химического модифицирования поверхности матриксов из различных природных и синтетических полимеров отдельными разновидностями катионных амфифилов изучены недостаточно.

Цель: оценка биосовместимости и антимикробных свойств матриксов на основе полиуретана и фиброина шелка с присоединенным к поверхности 1,4-дизабицикло[2.2.2]октаном методами сорбции за счет гидрофобных или электростатических взаимодействий.

Материалы и методы. Присоединение 1,4-дизабицикло[2.2.2] октана к поверхности нетканых матриксов на основе 8% раствора полиуретана и 5% раствора регенерированного фиброина шелка выполнено посредством сорбции катионного амфифила за счет гидрофобных (вариант «0») и электростатических взаимодействий (варианты 1 и 2). Минимальную подавляющую концентрацию катионного амфифила определяли методом последовательных разведений в 96-луночных планшетах в присутствии штаммов Staphylococcus aureus ATCC 25923, Escherichia coli ATCC 25922, Salmonella enterica ATCC 14028, Citrobacter freundii ATCC 8090, Pseudomonas aeruginosa ATCC 9027. Содержание 1,4-дизабицикло[2.2.2]октана на поверхности матриксов определяли методом ультрафиолетовой спектроскопии по его остаточному содержанию в исходных растворах. Изучены структура поверхности, физико-механические свойства, антимикробная активность и биосовместимость матриксов до и после модифицирования. Полученные данные обработаны в программе GraphPad Prism 8.

Результаты. Минимальная подавляющая концентрация 1,4-дизабицикло[2.2.2]октана составила 2–8 мкМ. Использование варианта модифицирования 0 сохраняло структуру поверхности матриксов и физико-механические характеристики. Варианты 1 и 2 улучшали гемосовместимость поверхности матриксов, но делали матриксы жесткими и хрупкими. При всех вариантах модифицирования матриксы имели схожую антибактериальную активность и биосовместимость.

Заключение. Модифицирование поверхности матриксов из полиуретана и фиброина шелка катионным амфифилом 1,4-дизабицикло[2.2.2]октаном, осуществляемое посредством сорбции за счет гидрофобных или электростатических взаимодействий, пригодно для придания антибактериальных свойств матриксам.

1. Andersson DI, Hughes D, Kubicek-Sutherland JZ. Mechanisms and consequences of bacterial resistance to antimicrobial peptides. Drug Resist Updat. 2016; 26: 43–57.

2. Haney EF, Mansour SC, Hancock RE. Antimicrobial Peptides: An Introduction. Methods Mol Biol. 2017; 1548: 3–22. doi: 10.1007/978-1-4939-6737-7_1.

3. Bai PY, Qin SS, Chu WC, Yang Y, Cui DY, Hua YG et al. Synthesis and antibacterial bioactivities of cationic deacetyl linezolid amphiphiles. Eur J Med Chem. 2018; 155: 925–945. doi: 10.1016/j.ejmech.2018.06.054.

4. Сильников ВН, Королева ЛС, Кривкина ЕО, Барбараш ЛС. Полимерные материалы с антибактериальной активностью: проблемы выбора низкомолекулярных антибактериальных агентов. Химия в интересах устойчивого развития. 2021; 29: 494–506. doi: 10.15372/KhUR2021326.

5. Fan L, Sun J, Zhou M, Zhou J, Lao X, Zheng H et al. DRAMP: a comprehensive data repository of antimicrobial peptides. Sci Rep. 2016; 6: 24482. doi: 10.1038/srep24482.

6. Kang X, Dong F, Shi C, Liu S, Sun J, Chen J et al. DRAMP 2.0, an updated data repository of antimicrobial peptides. Sci Data. 2019; 6 (1): 148. doi: 10.1038/s41597-019-0154-y.

7. Ciumac D, Gong H, Hu X, Lu JR. Membrane targeting cationic antimicrobial peptides. J Colloid Interface Sci. 2019; 537: 163–185. doi: 10.1016/j.jcis.2018.10.103.

8. Matsuzaki K. Control of cell selectivity of antimicrobial peptides. Biochim Biophys Acta. 2009; 1788 (8): 1687–1692. doi: 10.1016/j.bbamem.2008.09.013.

9. Scocchi M, Mardirossian M, Runti G, Benincasa M. Non-Membrane Permeabilizing Modes of Action of Antimicrobial Peptides on Bacteria. Curr Top Med Chem. 2016; 16 (1): 76–88. doi: 10.2174/1568026615666150703121009.

10. Le CF, Fang CM, Sekaran SD. Intracellular Targeting Mechanisms by Antimicrobial Peptides. Antimicrob Agents Chemother. 2017; 61 (4): e02340-16. doi: 10.1128/AAC.02340-16.

11. Molchanova N, Hansen PR, Franzyk H. Advances in Development of Antimicrobial Peptidomimetics as Potenti-al Drugs. Molecules. 2017; 22 (9): 1430. doi: 10.3390/molecules22091430.

12. Antonova LV, Krivkina EO, Silnikov VN, Gruzdeva OV, Rezvova MA, Akentieva TN et al. Evaluation of the biocompatibility and antimicrobial properties of biodegradable vascular grafts of various polymer composition with atrombogenic and antimicrobial drug coating. Russian Journal of Transplantology and Artificial Organs. 2021; 23 (2): 122–136. doi: 10.15825/1995-1191-2021-2-122-136.

13. Antonova L, Kutikhin A, Sevostianova V, Lobov A, Repkin E, Krivkina E et al. Controlled and Synchronised Vascular Regeneration upon the Implantation of Iloprostand Cationic Amphiphilic Drugs-Conjugated Tissue-Engineered Vascular Grafts into the Ovine Carotid Artery: A Proteomics-Empowered Study. Polymers (Basel). 2022; 14 (23): 5149. doi: 10.3390/polym14235149.

14. Nikam VS, Punde DS, Bhandari RS. Silk fibroin nanofibers enhance cell adhesion of blood-derived fibroblastlike cells: A potential application for wound healing. Indian J Pharmacol. 2020; 52 (4): 306–312. doi: 10.4103/ijp.IJP_609_19.

15. Carvalho EO, Rincón-Iglesias М, Brito-Pereira R, Lizundia E, Fernandes MM, Lanceros-Mendez S. Designing antimicrobial biomembranes via clustering aminomodified cellulose nanocrystals on silk fibroin β-sheets. Int J Biol Macromol. 2023; 242 (Pt 3): 125049. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2023.125049.

16. Macossay J, Sheikh FA, Cantu T, Eubanks TM, Salinaset ME, Farhangi CS et al. Imaging, spectroscopic, mechanical and biocompatibility studies of electrospun Tecoflex® EG 80A nanofibers and composites thereof containing multiwalled carbon nanotubes. Appl Surf Sci. 2014; 321: 205–213. doi: 10.1016/j.apsusc.2014.09.198.

17. Peng C, Vishwakarma A, Li Z, Miyoshi T, Barton HA, Joy A. Modification of a conventional polyurethane composition provides significant anti-biofilm activity against Escherichia coli. Polym Chem. 2018; 9 (23): 3195–3203. doi: 10.1039/C8PY00492G.

18. Сенокосова ЕА, Матвеева ВГ, Прокудина ЕС, Ханова МЮ, Кривкина ЕО, Миронов АВ и др. Тканеинженерный матрикс на основе фиброина шелка для сердечно-сосудистой хирургии. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2024; 13 (4S): 150–158. doi: 10.17802/2306-1278-2024-13-4S-150-158.

19. Wei QN, Huang AM, Ma L, Huang ZL, Huang X, Qiang PP et al. Structure regulation of silk fibroin films for controlled drug release. Journal of Applied Polymer Science. 2012; 125 (S2): E234–E241. doi: 10.1002/app.36901.

20. Yarinich LA, Burakova EA, Zakharov BA, Boldyreva EV, Babkina IN, Tikunova NV et al. Synthesis and structureeactivity relationship of novel 1,4-diazabicyclo[2.2.2] octane derivatives as potent antimicrobial agents. Eur J Med Chem. 2015; 95: 563–573. doi: 10.1016/j.ejmech.2015.03.033.

21. Grigor’eva AE, Bardasheva AV, Ryabova ES, Tupitsyna AV, Zadvornykh DA, Koroleva LS et al. Changes in the Ultrastructure of Staphylococcus aureus Cells Make It Possible to Identify and Analyze the Injuring Effects of Ciprofloxacin, Polycationic Amphiphile and Their Hybrid. Microorganisms. 2023; 11 (9): 2192. doi: 10.3390/microorganisms11092192.

22. Nunes B, Cagide F, Fernandes C, Borges A, Borges F, Simões M. Efficacy of Novel Quaternary Ammonium and Phosphonium Salts Differing in Cation Type and Alkyl Chain Length against Antibiotic-Resistant Staphylococcus aureus. Int J Mol Sci. 2023; 25 (1): 504. doi: 10.3390/ijms25010504.