Елизавета Васильевна Владимирова – научный сотрудник лаборатории дизайна и синтеза биологически активных пептидов
197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12
Elizaveta V. Vladimirova – Researcher at the Laboratory of Design and Synthesis of Biologically active Peptides
197022, Saint Petersburg, Academician Pavlov Str., 12
Мария Сергеевна Сухарева – научный сотрудник лаборатории дизайна и синтеза биологически активных пептидов
197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12
Maria S. Sukhareva – Researcher at the Laboratory of Design and Synthesis of Biologically active Peptides
197022, Saint Petersburg, Academician Pavlov Str., 12
Илья Анатольевич Кренев – кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории общей патологии
197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12
Ilia A. Krenev – Cand. of Sci. (Biol.), Researcher at the Laboratory of General Pathology
197022, Saint Petersburg, Academician Pavlov Str., 12
Светлана Анатольевна Божкова – доктор медицинских наук, профессор, заведующая научным отделением профилактики и лечения раневой инфекции и отделением клинической фармакологии
195427, Санкт-Петербург, ул. Академика Байкова, д. 8
Svetlana A. Bozhkova – Dr. of Sci. (Med.), Professor, Head of the Scientific Department of Prevention and Treatment of Wound Infection and the Department of Clinical Pharmacology
195427, Saint Petersburg, Academician Baikov Str., 8
Екатерина Михайловна Гордина – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отделения профилактики и лечения раневой инфекции
195427, Санкт-Петербург, ул. Академика Байкова, д. 8
Ekaterina M. Gordina – Cand. of Sci. (Med.), Senior Researcher at the Scientific Department of Prevention and Treatment of Wound Infection and the Department of Clinical Pharmacology
195427, Saint Petersburg, Academician Baikov Str., 8
Алексей Сергеевич Комлев – научный сотрудник лаборатории дизайна и синтеза биологически активных пептидов
197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12
Alexey S. Komlev – Researcher at the Laboratory of Design and Synthesis of Biologically active Peptides
197022, Saint Petersburg, Academician Pavlov Str., 12
Екатерина Васильевна Егорова – младший научный сотрудник лаборатории противоопухолевых пептидных препаратов
197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12
Ekaterina V. Egorova – Junior Researcher at the Laboratory of Antitumor Peptide Preparations
197022, Saint Petersburg, Acadrmician Pavlov Str., 12
Михаил Николаевич Берлов – кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории общей патологии
197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12
Mikhail N. Berlov – Cand. of Sci. (Biol.), Leading Researcher at the Laboratory of General Pathology
197022, Saint Petersburg, Academician Pavlov Str., 12
Юлия Олеговна Попова – аспирант
197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12
Yulia O. Popova – Graduate Student
197022, Saint Petersburg, Acad. Pavlov str., 12
Сергей Викторович Искровский – кандидат медицинских наук, генеральный директор; доцент кафедры травматологии и ортопедии
194100, г. Санкт-Петербург, ул. Кантемировская, д. 39, литера А, помещ. 33-Н;
197022, Санкт-Петербург, ул. Толстого, 6–8
Sergey V. Iskrovskiy – Cand. of Sci. (Med.), General Director; Associate Professor of the Department of Traumatology and Orthopedics
194100, Saint Petersburg, Kantemirovskaya Str., 39, A, room 33-Н;
197022, Saint Petersburg, Tolstoy Str., 6–8
Ольга Валерьевна Шамова – доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, заведующий отделом общей патологии и патофизиологии
197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12
Olga V. Shamova – Dr. of Sci. (Biol.), Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Head of the Department of General Pathology and Pathophysiology
197022, Saint Petersburg, Academician Pavlov Str., 12
Олег Николаевич Эргашев – доктор медицинских наук, профессор, и. о. директора; профессор кафедры хирургии госпитальной № 2
197022, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, д. 12;
197022, Санкт-Петербург, ул. Толстого, 6–8
Oleg N. Ergashev – Dr. of Sci. (Med.), Professor, Acting Director; Professor of the Department of Hospital Surgery № 2
197022, Saint Petersburg, Academician Pavlov Str., 12;
197022, Saint Petersburg, Tolstoy Str., 6–8
ВВЕДЕНИЕ. Имплантат-ассоциированные инфекции являются одними из ключевых постоперационных осложнений ортопедических операций. Перспективный подход к их профилактике – покрытие поверхности имплантата антимикробными агентами, например пептидами.
ЦЕЛЬ. Оценить эффективность синтетических антимикробных пептидов и композиций на их основе в отношении актуальных возбудителей ортопедических инфекций.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ. Штаммы бактерий Acinetobacter baumannii, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus (MRSA) и S. epidermidis (MRSE) были получены от пациентов с имплантат-ассоциированными инфекциями. Пептиды PR-39, RFR-ChBac3.4(1–14), протегрин-1, G-Ar-2[W2L, V8R] были получены с помощью твердофазного синтеза. Их антимикробную активность оценивали методом серийных разведений в жидкой питательной среде и на поверхности металлических пластинок из титанового сплава для производства медицинских изделий.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Наиболее активными оказались пептиды протегрин-1 и G-Ar-2[W2L, V8R]. Их средние геометрические минимальных ингибирующих концентраций в жидкой среде составили 0,3 мкМ и 0,4 мкМ, а минимальные концентрации для подавления всех исследованных штаммов бактерий на пластинках – ~3 мкг/см2 и ~15 мкг/см2. Протегрин-1 и PR-39 показали синергетическое действие в жидкой среде, но эффект не сохранялся в тестах с использованием пластинок.
ОБСУЖДЕНИЕ. Исследованные пептиды продемонстрировали антибактериальную активность как в питательной среде, так и на поверхности титановых пластинок. Протокол сорбции пептидов на поверхности сплава в дальнейшем может быть оптимизирован, в частности, могут быть введены металлсвязывающие участки в их первичную структуру. PR-39 и PG-1 проявляли синергизм в жидкой питательной среде, но характеризовались независимым антимикробным действием в композициях, нанесенных на поверхность пластинок, что можно объяснить нарушением стехиометрии пептидов при их взаимодействии с бактериальными мишенями вблизи поверхности и при диффузии в жидкую фазу.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Исследованные пептиды могут быть рекомендованы для дальнейшей разработки антибактериальных покрытий медицинских металлоконструкций для профилактики имплантат-ассоциированных инфекций.
INTRODUCTION. Implant-associated infections are among the key postoperative complications of orthopedic surgery. A promising approach to their prevention is coating the implant surface with antimicrobial agents, such as peptides.
OBJECTIVE. To evaluate the efficacy of synthetic antimicrobial peptides and compositions based on them against current pathogens of orthopedic infections.
MATERIALS AND METHODS. Bacterial strains of Acinetobacter baumannii, Klebsiella pneumoniae, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus (MRSA), and S. epidermidis (MRSE) were isolated from patients with implant-associated infections. Peptides PR-39, RFR-ChBac3.4(1–14), protegrin-1, and G-Ar-2[W2L, V8R] were synthesized using solid-phase synthesis. Their antimicrobial activity was assessed by serial dilutions in a liquid nutrient medium and on the surface of titanium alloy metal plates for medical device production.
RESULTS. The most active peptides were protegrin-1 and G-Ar-2[W2L, V8R]. Their geometric mean minimum inhibitory concentrations in liquid medium were 0.3 μM and 0.4 μM, and the minimum concentrations for suppression of all studied bacterial strains on plates were ~3 μg/cm2 and ~15 μg/cm2. Protegrin-1 and PR-39 showed synergistic action in liquid medium, but the effect was not maintained in tests using plates.
DISCUSSION. The studied peptides demonstrated antibacterial activity both in the nutrient medium and on the surface of titanium plates. The protocol for peptide adsorption on the alloy surface can be further optimized; in particular, metal-binding sites can be introduced into their primary structure. PR-39 and PG-1 exhibited synergism in the liquid nutrient medium but exhibited independent antimicrobial activity in the compositions applied to the surface of the plates. This can be explained by a disruption in the peptide stoichiometry during their interaction with bacterial targets near the surface and during diffusion into the liquid phase.
CONCLUSION. The studied peptides can be recommended for further development of antibacterial coatings for medical metal structures to prevent implant-associated infections.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.