Chitosan Nanofibers Modified with Cerium and Silver as a Promising Antimicrobial Agent
Authors: Машель В.В. , Кондратенко Г.Г. , Неверов П.С. , Протасевич А.И. , Слабко И.Н. 
Published: July 2023

Введение. Проблема лечения инфицированных и длительно не заживающих ран остается актуальной в современной хирургии, вместе с тем количество госпитальных полирезистентных штаммов бактерий, участвующих в раневой инфекции, увеличивается. Одним из вариантов решения этой проблемы является разработка новых средств местного действия, в частности создание новых высокоэффективных раневых покрытий с антибактериальными и репаративными свойствами. С помощью специальной технологии из натурального биополимера хитозана получены нановолокна, обладающие сверхразвитой структурой и высокой сорбционной емкостью, непосредственно в состав которых в качестве антимикробных агентов введены ионы и наночастицы серебра и церия. Цель. Определить антибактериальную активность нановолокон хитозана и его модификаций по отношению к клиническим изолятам микроорганизмов. Материалы и методы. В эксперименте оценены антибактериальные свойства полученных образцов нановолокон хитозана в отношении госпитальных штаммов микроорганизмов методом диффузии в агар и количественным суспензионным методом. Результаты. Доказана высокая антимикробная активность исследуемых образцов. Наиболее высокую антимикробную активность проявили образцы, модифицированные ионами серебра, наночастицами серебра, а также комплексом наночастиц серебра и церия. При оценке антимикробной активности методом диффузии в агар значения зоны задержки роста у этих образцов имели наибольшие размеры в диапазоне от 11 до 18 мм. Это соответствует результатам оценки суспензионным количественным методом. Показатели фактора редукции (RF) указанных образцов превосходили иные и составляли от 4,3 до 5,9 при экспозиции 3 часа и от 4,62 до 5,23 при экспозиции 24 часа. Заключение. Отобраны наиболее перспективные образцы для дальнейшего изучения их лечебной эффективности на модели раневого процесса: нановолокна хитозана, модифицированные ионами серебра, наночастицами серебра и комплексом наночастиц серебра и церия.

Introduction. The problem of infected and long-term non-healing wounds treatment remains relevant in modern surgery, while the number of hospital multi-resistant bacterial strains involved in wound infection is increasing. One of the options for resolving this issue is developing new local agents, in particular, new highly effective wound coatings elaboration having antibacterial and reparative properties. Using a special technology, nanofibers with an overdeveloped structure and high sorption capacity were obtained from the natural biopolymer chitosan with silver and cerium ions and nanoparticles introduced directly into their composition as antimicrobial agents. Purpose. To determine the antibacterial activity of chitosan nanofibers and its modifications against clinical isolates of microorganisms. Materials and methods. In the experiment, antibacterial properties of the obtained samples of chitosan nanofibers against hospital microorganism strains were evaluated using agar diffusion and quantitative suspension tests. Results. Proven a high antimicrobial activity of samples tested. The samples modified with silver ions, silver nanoparticles, as well as with a complex of silver and cerium nanoparticles showed the highest antimicrobial activity. When assessing the antimicrobial activity by agar diffusion test method, the growth inhibition zone in these samples had the largest dimensions in the range from 11 to 18 mm. This is consistent with the results of the evaluation by quantitative suspension test method. The reduction factor (RF) values of these samples were superior to the others and ranged from 4.3 to 5.9 at 3 hours exposure and from 4.62 to 5.23 at 24 hours exposure. Conclusion. The most promising samples were selected for further study of their therapeutic efficacy on the wound process model: chitosan nanofibers modified with silver ions, silver nanoparticles and a complex of silver and cerium nanoparticles.