Министерство науки и высшего образования
Российской Федерации
  •      

Ученые выявили антимикробный эффект гибридных максенов

В Западно-Сибирском НОЦ, созданном в рамках нацпроекта «Наука», исследовали антибактериальные свойства наноматериалов.

Наноматериалы с антибактериальными свойствами (например, наночастицы серебра и других металлов) уже широко применяются в системах очистки воды, в создании новых упаковочных материалов для пищевой продукции, в фармацевтике и дезинфектологии. В 2011 году среди различных типов наноматериалов был открыт новый класс двумерных неорганических соединений, названный максены (анг. MXenes). Они состоят из слоев углерода и различных металлов толщиной в несколько атомов. В настоящее время во всем мире отмечается повышенный интерес к исследованиям, посвященных максенам, которые уже продемонстрировали свойства, превосходящие свойства графена. 

Однако особенности физико-химических свойств подобных соединений ограничивают использование максенов в качестве антимикробных соединений. Максены в воде находятся в виде крупных агрегатов, по размерам почти сопоставимые с самими бактериальными клетками. Кроме того, поверхность максенов на основе титана (Ti3C2) заряжена отрицательно, и также заряжена поверхность бактериальных клеток – это ведет к взаимному отталкиванию двух объектов. 

Решение проблемы было найдено сотрудниками Института X-Bio ТюмГУ совместно с исследователями из Варшавского Технологического Университета. Статья, посвященная исследованию, была опубликована в журнале Materials. 

Модификация поверхности частиц максенов природным биополимером поли-L-лизином позволила стабилизировать частицы в водных растворах и изменить заряд их поверхности с отрицательного на положительный. Как было показано в эксперименте, теперь максены за счет электростатических сил взаимодействуют с клетками микроорганизмов, подавляя их жизнеспособность, в то время как оригинальные не модифицированные максены оказались практически не токсичными для бактерий. 

Следующим этапом на пути практического использования максенов в качестве антимикробных средств, является исследование их токсичности для животных клеток. Тесты на цитотоксичность in vitro, выполненные с использованием клеток кожи человека (кератиноциты), а также клеток злокачественной меланомы, показали отсутствие токсических проявления в тех концентрациях, которые смертельны для бактерий. По мнению исследователей, антимикробный эффект гибридных максенов может быть связан с воздействием на биологическии функции клеточных мембран в результате повреждающего действия активных форм кислорода, либо с нарушением энергетического метаболизма бактерий. Таким образом, впервые был продемонстрирован инженерный подход к модификации максенов, открывающий перспективы использования их в сфере биобезопасности. 

Так, модификация максенами материалов, используемых в медицине или в пищевой промышленности, будет препятствовать развитию на них бактериальных биопленок - формы существования микроорганизмов, устойчивых к многим антибиотикам. 

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), устойчивость к антибиотикам стала одной из самых больших проблем для здоровья человека и продовольственной безопасности, требуя постоянной разработки новых классов противомикробных препаратов. Биобезопасность человека, животных и растений – один из научно-технологических приоритетов, определенных в деятельности Западно-Сибирского межрегионального НОЦ Тюменской области, Ханты-Мансийского автономного округа-Югры и Ямало-Ненецкого автономного округа.

Дата публикации: 16.06.2020 17:08
Дата последнего изменения: 16.06.2020 17:08