Исследование по биологическому действию наночастиц Ag, полученных с помощью экстракта корицы zeylanicum (cinnamon zeylanicum)

A study on the biological effect of Ag nanoparticles, obtained using with the extract of the cinnamon zeylanicum

Kim Un Ju

Head of nanomaterial office, Red Cross General Hospital, DPR of Korea, Pyongyang

Lee Yun Sik

candidate of technical science, associate professor, Researcher of nanomaterial office, Kim Chaek University of technology, DPR of Korea, Pyongyang

Kim Song Chol

candidate of technical science, Researcher of nanomaterial office, Kim Chaek University of technology, DPR of Korea, Pyongyang;

Post graduate student, FEFU, Russia, Vladivostok

Аннотация. В статье представлены результаты измерения нано­частиц серебра, полученных методом "зеленого" синтеза с использова­нием экстракта корицы zeylanicum (Cinnamon zeylanicum), являющимся лекарственным растением, с помощью лазерного гранулометра, рассмотрены их бактерицидные и бактериостатические свойства, токсичность, а также биологическое действие на параметры крови. Было обнаружено, что наночастицы Ag, полученные методом "зеленого" синтеза с использованием экстракта корицы zeylanicum, обладают лучшими бактерицидными и бактериостатическими свойствами, чем наночастицы Ag, полученные другими методами, и оказывают положи­тельное действие на биологические показатели в крови.

Abstract. The size of silver nanoparticles obtained by the green synthesis method using cinnamon zeylanicum, which is a medicinal plant for human health, was measured using a laser granulometer and their bactericidal and bacteriostatic properties, toxicity, and also the effect on biological action in blood. It was found that Ag nanoparticles obtained by the green synthesis method using zeylanicum cinnamon extract have better bactericidal and bacteriostatic properties than Ag nanoparticles obtained by other methods and have a positive effect on the biological indices in the blood.

Ключевые слова: наночастицы Ag; экстракт корицы; бактери­цидное свойство; бактериостатическое свойство; токсичность; зеленый синтез; лекарственное растение; биологический показатель; ферменты в крови.

Keywords: Ag nanoparticles; cinnamon extract; bactericidal property; bacteriostatic property; toxicity; green synthesis; medicinal plant; biological indicator; enzyme in blood.

Введение. В последние годы предпринимаются огромные усилия по использованию экологически чистых методов синтеза наночастиц благородных металлов, а они, в большинстве своем, проводятся при использовании растительных или фруктовых экстрактов. Эти методы "зеленого" синтеза являются дешевыми по себестоимости, быстрыми, эффективными, и обычно позволяют получать кристаллические наночастицы разных размеров в зависимости от свойств и концентрации используемых растительных экстрактов, также уровня рН, температуры и времени инкубации реакции синтеза [1-11].

В настоящее время активно ведутся исследования по изучению потенциального биологического действия наночастиц Ag, синтези­рованных химическим и биологическим методами. Они могут довольно активно взаимодействовать с биомолекулами на поверхности и внутри клеток человека. Этот факт позволяет предположить, что наночастицы Ag можно с большим успехом использовать для достижения прогресса в диагностике и лечении многих опасных для жизни заболеваний. В частности, наночастицы Ag более полезны в терапии рака за счет снижения ими содержания АТФ, разрушения митохондрий, увеличения формирования вида активных форм кислорода и разрушения других метаболитов в пораженных клетках [12-14].

В статье исследованы антимикробная активность, влияние на биохимические показатели крови и токсичность наночастиц Ag, полученных биологическим методом, который является более стабильным, надежным и дешевым по себестоимости, чем другие распространенные методы.

Экспериментальная часть. Наночастицы Ag были получены путем незначительного изменения метода, предложенного M. Sathishkumar и соавт. [11]. Стандартный производственный процесс заключается в следующем: измельчение сухой коры корицы zeylanicum, закупленной на рынке; перемешивание 4 г полученного порошка с 250 мл дистиллированной воды с последующим экстрагированием биоматериала при 80 ºС в течение 2 ч (раствор А). Далее –добавление 3 мл раствора А на 1 л Ag⁺ ионизированной воде, имеющей концентрацию 70 ppm, полученной способом электролиза. При температуре реакции в 25 ºС, цвет раствора постепенно переходит в желтый, а через 3 дня – в светло-желтый в результате завершения реакции восстановления (раствор Б). Это связано с присущим нано­частицам Ag плазмонным резонансным поглощением. Если температура реакции повышается до 60 ºС, время реакции сокращается до 2 ч. В работе установлена концентрация раствора наночастиц Ag 70 ppm.

Измерен размер полученных наночастиц Ag с помощью лазерного гранулометра марки BT-90.

Антимикробная активность исследована следующим образом: производилось смешивание 0,02 мл раствора золотистых стафилококков и кишечных палочек (соответственно 100 миллионов – 1 миллиард) с 1 мл раствором Б и оставление на 5 мин, 15 мин, 30 мин, 1 ч, 2 ч, а затем производилось высевание этих растворов на агаризованную питательную среду и оценка количества сформированных колоний. Оценена мощность бактериостаза дисковым методом после вымачивания фильтровальной бумаги в растворе Б в течение 30 мин и 1 ч.

Исследовано влияние на биохимические показатели крови следующим образом: пациентам перорально вводился водный раствор (раствор Б), содержащий наночастицы Ag, по 10 мл до еды в течение месяца; до и после введения изучаемого препарата проведены гематологические и биохимические исследования крови.

Проведено исследование токсичности полученных наночастиц Ag путем введения изучаемого препарата в хвостовую вену лабораторных белых мышей и дальнейшего изучения влияния наночастиц Ag на биохимические тесты.

Результаты и обсуждение. На рисунке 1 показан результат измерения размера наночастиц Ag, полученных с использованием экстракта корицы zeylanicum (Cinnamon zeylanicum). Как видно на рисунке, средний диаметр наночастиц Ag составляет 19,8 нм, а диапазон распределения частиц по размерам – 16,2-25 нм, из этого следует, что дисперсность частиц хорошая.

Рисунок 1. Результат измерения размера наночастиц Ag

В таблице 1 приведены бактерицидные свойства наночастиц Ag, полученных биологическим методом, по сравнению с наночастицами Ag, полученными химическим и электролитическим методами, и Ag⁺-ионизированной водой. Действие наночастиц проверялось с использованием микроорганизмов – золотистый стафилококк и кишечная палочка (E. coli).

Как видно по таблице, наночастицы Ag, полученные биологическим методом, обладают лучшими бактерицидными свойствами, чем те, которые получены другими способами.

В таблице 2 приведены результаты исследования бактерицидных характеристик наночастиц Ag, на основании подсчета сформиро­ванных колоний, в соответствии с методом. В качестве объекта выбраны золотистый стафилококк и кишечная палочка, а количество бактерий составляло 10⁸ клеток/мл.

Таблица 1.

Бактерицидные характеристики наночастиц Ag в зависимости от способа изготовления и времени воздействия (золотистый стафилококк/кишечная палочка, 10⁸ бактерий/мл)

Таблица 2.

Характеристики образования колоний наночастиц Ag в зависимости от способа изготовления и времени воздействия
(золотистый стафилококк/кишечная палочка, 108 бактерий/мл)

Как показано в таблицах 1 и 2, наночастицы Ag, полученные биологическим методом, химическим методом и электролитическим методом, показали бактерицидное действие в течение 5 мин., а ион Ag⁺ показал бактерицидное действие в течение 30 мин.

На основании данных, представленных в таблице 3, при концен­трации бактерий равной 10⁹ клеток/мл, полная бактерицидная активность не наблюдалась даже по истечении 1 ч, и лишь через 20 часов установлена полная бактерицидная активность у всех препаратов.

Бактериостатические характеристики наночастиц Ag в зависимости от способа изготовления показаны в таблице 4.

Таблица 3.

Бактерицидные характеристики наночастиц Ag в зависимости от способа изготовления и времени действия
(золотистый стафилококк/кишечная палочка, 10⁹ бактерий/мл)

Таблица 4.

Бактериостатические характеристики наночастиц Ag в зависимости от способа изготовления и времени действия
(золотистый стафилококк/кишечная палочка, 10⁹ бактерий/мл)

Как показано в таблице 4, в растворе наночастиц Ag проявилась бактериостатическая способность в течение 30 минут и более, а в растворе ионов Ag появилась лишь в течение 1 часа и более.

Результаты исследования воздействия наночастиц Ag на биохимические показатели крови представлены в таблице 5.

Таблица 5.

Влияние наночастиц Ag на свойства коагуляции крови

Как показано в таблице 5, наночастицы Ag значительно снизили показатели Ht (гематокрит).

В таблице 6 показан результат изучения изменения активности фермента при использовании наночастиц Ag.

Таблица 6.

Характеристики активности ферментов при использовании наночастиц Ag

Примечание: здесь и далее GPT – аланинаминотрансфераза; GOT – аспартатаминотрансфераза; γ-GT – Гамма (γ) – глутамилтрансфераза.

Как показано в таблице 6, активность ферментов при использовании наночастиц Ag была снижена в четырех случаях.

Результаты исследования влияния наночастиц Ag на липидный обмен в крови приведены в таблице 7.

Таблица 7.

Влияние наночастиц Ag на общий уровень холестерина и триглицерида в крови

Примечание: здесь и далее TC – общий холестерин; TG – триглицериды.

В таблице 8 представлены результаты исследования токсичности наночастиц Ag.

Как показано в таблице 8, белые мыши на 100% выживали при введении наночастиц Ag в хвостовую вену.

Изменения биохимических контрольных показателей крови, при пероральном введении наночастиц Ag на протяжении 30 дней показаны в таблице 9.

Таблица 8.

Результаты исследования токсичности наночастиц Ag (n=5)

Таблица 9.

Исследование токсичности наночастиц Ag с использованием биохимических тестов крови

Как показано в таблице 9, при пероральном введении наночастиц Ag, показатель GPT был значительно снижен, при этом существенных изменений в таких показателях как: GOT, γ-GT, Cre, ZTT, TTT и ML не отмечено.

Выводы. В статье исследованы биологические свойства наночастиц Ag, полученных биологическим методом с использованием экстракта корицы zeylanicum. Бактерицидная активность биологически полученных наночастиц Ag была выше, чем у полученных другими методами наночастиц Ag и ионов Ag⁺. Биологически полученные наночастицы Ag снижали гематокрит и активность ферментов в крови организма и не проявляли токсичности.