НАНОСЕРЕБРО: ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ, ФАРМАКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ПОКАЗАНИЯ К ПРИМЕНЕНИЮ

ХХІ столетие характеризу­ется активным развитием на­нотехнологий и внедрением их результатов в различные отрасли деятельности челове­ка, в частности — в медицину. Происходит поиск новых мето­дов синтеза наноматериалов, их практического применения.

При этом одними из приоритет­ных направлений являются наномеди­цина и нанофармакология, позволяю­щие влиять на молекулярный уровень организации живой ткани и осущест­влять контроль над строением.

Ученые мира занимаются созданием новых материалов из наночастиц таких металлов, как серебро, медь, кремний, цирконий, алюминий, магний, цинк, титан и др. Особый интерес представ­ляют разработки препаратов из нано­серебра.

Свойства серебра. В земной коре содержится около стотысячной доли процента серебра. Основная его часть сосредоточена в минералах, где этот металл находится в комплексах с се­рой, селеном, теллуром или галоге­нами. Основную часть добываемого в мире серебра получают в результате комплексной переработки полиметал­лических руд, содержащих свинец, медь и цинк.

Чистое серебро — сравнительно мягкий и пластичный металл. По удель­ной плотности (10,5 г/см³) уступает лишь свинцу. По электропроводности же и теплопроводности серебро зани­мает одно из первых мест. Плавится при относительно низкой температуре (962°С), легко сплавляется со многими металлами; небольшие добавки меди к серебру делают последнее более твер­дым, пригодным для изготовления раз­личных изделий.

На воздухе при 170°С серебро по­крывается тонкой пленкой оксида (Ад₂О), а под действием озона образу­ются высшие оксиды — Ag₂O₂ и Ag₂O₃. Серебро легко растворяется в азотной и горячей концентрированной серной кислоте (3Ag+4HNO₃=3AgNO₃+NO+ 2H₂O; 2Ag+2H₂SO₄=Ag₂SO₄+SO₂+2H₂O.), а также в концентрированных иодо- и бромоводородной кислотах, в при­сутствии же кислорода — и в хло­роводородной (соляной) кислоте. Реакции способствует образование комплексных галогенидов.

Влияние серебра на обмен ве­ществ в организме. Микроэлементы- металлы в организме человека при­нимают участие в регуляции обмена веществ, функции некоторых фермен­тов, витаминов и гормонов. Суточный рацион в среднем должен содержать 88 мкг ионов серебра. Наиболее богаты серебром мозг, железы внутренней се­креции, печень, почки и кости скелета. В зависимости от концентрации катио­ны этого металла могут как стимулиро­вать, так и угнетать активность неко­торых ферментов. Под влиянием солей серебра вдвое усиливается интенсив­ность окислительного фосфорилирования в митохондриях головного мозга, к тому же увеличивается содержание нуклеиновых кислот, что улучшает его функцию.

При инкубации в физиологическом растворе, содержащем 0,001 мкг ка­тиона серебра, поглощение кислорода мозговой тканью возрастает на 24%, миокардом — на 20%, печенью — на 36%, почками — на 25%. При повы­шении концентрации ионов серебра до 0,01 мкг интенсивность поглоще­ния кислорода клетками этих органов снижается. Это свидетельствует об участии катионов серебра в регуляции энергетического обмена.

Дозы серебра 50—250 мкг/л при длительном применении являются физиологическими и не оказывают вредного воздействия на организм. Патогистологические исследования подопытных животных, кото­рые получали с питьевой водой серебро в дозах, значительно превышающих предельно до­пустимые (20000-50000 мкг/л), показали, что при длительном введении в организм ионного серебра происходит накопле­ние его в тканях организма. Длительное употребление че­ловеком питьевой воды, содержащей 50 мкг/л серебра (уровень ПДК), не оказывает отрицательного влияния на функции органов пищеварения, в том числе на антитоксическую функцию печени. Длительная работа с соедине­ниями серебра может приводить к от­ложению серебра в коже и изменению ее окраски — аргирии («цвет загара»), которая является следствием фотохи­мического восстановления ионов сере­бра. При обследовании больных с явле­ниями аргирии не отмечено изменений в функциональном состоянии органов и систем, а также в биохимических процессах, происходящих в организме. Более того, у всех людей с признаками аргирии наблюдалась резистентность к большинству вирусных и бактериаль­ных инфекций.

В последние годы в литературе по­явились сведения о том, что серебро является мощным иммуномодулятором, сравнимым со стероидными гормонами. В зависимости от дозы, серебро может как стимулировать, так и угнетать фа­гоцитоз. Под влиянием серебра повы­шается количество иммуноглобулинов классов А, М, G, увеличивается про­центное содержание абсолютного ко­личества Т-лимфоцитов.

Как свидетельствует анализ ли­тературы, серебро рассматривается как микроэлемент, необходимый для нормального функционирования вну­тренних органов и систем, а также как средство, повышающее иммунитет и активно воздействующее на болезнет­ворные бактерии и вирусы.

Действие коллоидного серебра на микроорганизмы. Основополож­ником научного изучения механизма действия серебра на микроорганизмы является швейцарский ботаник КарлНегели, который в 80-е годы XIX века установил, что ионы данного металла, взаимодействуя с клетками микроорга­низмов, вызывают их гибель. С.С. Бот­кин, а затем А.П. Виноградов объяснили этот факт зависимостью биологических свойств микроэлементов от места, за­нимаемого ими в периодической систе­ме Д.И. Менделеева.

Большой вклад в изучение антими­кробных свойств серебряной воды, ее применения для обеззараживания пи­тьевой воды и пищевых продуктов внес академик НАН Украины Л.А. Кульский. Во всех случаях при бактерицидном эффекте степень активности серебра тем больше, чем выше концентрация его ионов.

При выяснении противомикробных свойств ионизированного серебра установлено, что его бактерицидный эффект значительно выше, чем у кар­боловой кислоты, сулемы и хлорной извести. Спектр противомикробного действия серебра значительно шире многих антибиотиков и сульфанилами­дов. Бактерицидный эффект проявля­ется при минимальных дозах.

Серебро обладает более выражен­ным антимикробным эффектом, чем пенициллин и другие антибиотики, а также вызывает подобное действие на антибиотикоустойчивые штаммы бак­терий. На золотистый стафилококк, вульгарный протей, синегнойную и кишечную палочки ионы серебра ока­зывают различное противомикробное действие — от бактерицидного до бак-териостатического.

Имеются данные, что чувствитель­ность разных патогенных и непатоген­ных организмов к серебру неодинакова. Выявлено, что патогенная микрофлора намного более чувствительна к ионам серебра, чем непатогенная. Основы­ваясь на этом факте, разработан спо­соб лечения дисбактериоза различно­го происхождения раствором серебра (концентрация 500 мкг/л) методом по­лостного электрофореза с достижени­ем стойкого терапевтического эффекта.

Ионы серебра обладают выражен­ной способностью инактивировать вирусы гриппа, некоторых энтеро- и аденовирусов, а также угнетать актив­ность вируса СПИДа. При этом выяв­лено большое преимущество терапии коллоидным серебром по сравнению со стандартной.

Среди многочисленных теорий, объ­ясняющих механизм действия серебра на микроорганизмы, наиболее распро­страненной является адсорбционная, согласно которой клетка теряет жиз­неспособность в результате взаимо­действия электростатических сил, воз­никающих между клетками бактерий, имеющих отрицательный заряд, и по­ложительно заряженными ионами се­ребра при адсорбции последних бакте­риальной клеткой.

Имеются данные, свидетельствую­щие об образовании комплексов ну­клеиновых кислот с тяжелыми метал­лами, вследствие чего нарушается стабильность ДНК и, соответственно, жизнеспособность бактерий. Су­ществует также мнение, что ионы сере­бра не оказывает прямого воздействия на ДНК клеток, а действуют косвенно, увеличивая количество внутриклеточ­ных свободных радикалов, которые снижают концентрацию внутриклеточ­ных активных соединений кислорода. Одной из причин широкого противо­микробного действия ионов серебра является угнетение трансмембранного транспорта Nа+ и Cа++.

Таким образом, механизм действия серебра на микробную клетку в све­те современных данных заключается в том, что ионы серебра сорбируют­ся клеточной оболочкой, которая вы­полняет защитную функцию. Клетка остается жизнеспособной, но при этом нарушаются некоторые ее функции, например, деление (бактериостатический эффект). Как только на поверх­ности микробной клетки сорбируется серебро, оно проникает внутрь клетки и ингибирует ферменты дыхательной цепи, а также разобщает процессы окисления и окислительного фосфорилирования в микробных клетках, в ре­зультате чего клетка гибнет.

Препараты серебра, применяе­мые в медицинской практике. Се­ребра нитрат (ляпис, AgNO₃) впервые получили врачи-алхимики голландец Ян-Баптист ван Гельмонт (1579-1644) и немец Франциск де ла Бое Сильвий (1614-1672) взаимодействием металла с азотной кислотой.

Колларгол (коллоидное серебро) — зеленовато- или синевато-черные че­шуйки с металлическим блеском, в воде образуют коллоидный раствор. В 1902 г. немецкий химик Карл Пааль разработал способ защиты частичек серебра путем образования тончайшей оболочки из белка альбумина, который содержится в курином яйце. В этом слу­чае частички не слипаются. Колларгол содержит до 70% серебра. Применяют его в виде 0,2—1,0% водного (кол­лоидного) раствора для промывания гнойных ран и глаз при конъюнктиви­те, 1—2% раствором лечат воспаление мочевого пузыря, а 2—5% — гнойный насморк.

Протаргол — это серебросодержа­щее белковое соединение, коричнево-­желтый или коричневый порошок без запаха, хорошо растворимый в воде. Содержание серебра в нем — 7,8-8,3%. Применяют для тех же целей, что и колларгол. Жидкую смесь, состоящую из 0,2 г протаргола, 5 мл глицерина и 15 мл воды, используют для ороше­ния голосовых связок, а 1-3% раствор успешно лечит насморк и конъюнкти­вит.

Широкий спектр противомикроб­ного действия серебра, отсутствие устойчивости к нему у большинства патогенных микроорганизмов, низкая токсичность, а также хорошая пере­носимость больными способствовали повышенному интересу медиков мира к препаратам этого металла. С откры­тием антибиотиков и сульфаниламидов этот интерес несколько снизился. Но в последнее время противомикробные свойства серебра вновь стали при­влекать к себе внимание. Это связано с ростом аллергических осложнений антибактериальной терапии, токси­ческим действием антибиотиков на внутренние органы и подавлением иммунитета, возникновением грибко­вого поражения дыхательных путей и дисбактериоза после длительной анти­бактериальной терапии, а также по­явлением устойчивых штаммов возбу­дителей к используемым антибиотикам.

Нанопрепараты серебра. С по­явлением нанотехнологий ученые пришли к заключению о возможности внедрения в медицинскую практику препаратов наносеребра. Получение наночастиц в конце ХХ столетия позво­лило сделать препараты на основе на­носеребра относительно безопасными для человека, а передовые нанотехно­логические разработки нейтрализова­ли барьер высокой стоимости таких ме­дикаментов и сделали их доступными для лечения различных заболеваний.

Наночастицы серебра благодаря малому размеру чрезвычайно актив­ны и могут вызывать гибель бактерий, вирусов, грибков на больших поверх­ностях. Они имеют большую удельную поверхность, что увеличивает область контакта серебра с бактериями или ви­русами, значительно повышая его бак­терицидные свойства. Таким образом, применение серебра в виде наночастиц позволяет в сотни раз снизить концен­трацию металла при сохранении всех его бактерицидных свойств.

В исследовании немецких уче­ных продемонстрирована выраженная антибактериальная активность нано­частиц серебра относительно микро­организмов, стойких к антибиотикам (S. epidermidis, метицилинстойкий S. epidermidis и метицилинстойкий S. aureus) при добавлении в костный цемент.

Комплекс наносеребра с имидазол циклофосфаном имеет такую же про- тивомикробную активность, как и 0,5% раствор серебра нитрата в отношении S. aureus, а также E. coli, P. aeruginosa, C. albicans, A. niger и S. cerevisiae. Острая токсичность (ЛД50) данного комплекса при внутривенном введении крысам составила 100 мг/кг.

Наносеребро реагирует с клеточ­ной мембраной возбудителей инфек­ционных заболеваний, представляю­щей собой структуру из особых белков (пептидогликанов), блокируя их свой­ство передавать кислород внутрь клет­ки бактерии, что приводит к гибели микроорганизма. При этом действие серебра специфично не по инфекции (как у антибиотика), а по клеточной структуре. Это связано с тем, что клет­ки высших организмов имеют мембра­ны совершенно другого типа (не со­держащую пептидогликанов). Поэтому частицы наносеребра не имеют точки приложения своего действия на клетки таких организмов, в том числе и чело­века.

В научной литературе появляют­ся сообщения о необходимости более углубленного изучения токсикологи­ческих аспектов нанопрепаратов в том числе и наносеребра. D. Chen et al. изучали влияние нано- и микрочастиц серебра при имплантации их в мышцы спины крыс. Положительный биологи­ческий эффект при применении нано- и микрочастиц серебра был получен на 7-й и 14-й день наблюдения. На 30-й день наблюдения отметили воспали­тельный эффект при применении обо­их препаратов серебра.

В настоящее время значительно возрос интерес к применению пре­паратов серебра как универсального антимикробного и противогрибкового средства. С развитием нанотехнологий проводятся исследования наносере­бра как альтернативы традиционным препаратам этого металла (колларгол, протаргол, серебра нитрат). Нанотех­нологии позволяют удешевить препа­раты на основе серебра и сделать их доступными для лечения многих ин­фекционных заболеваний. Актуальной остается проблема поиска стабилизаторов для препаратов наносеребра.