Ukr.Biochem.J. 2024; Том 96, № 5, вересень-жовтень, c. 104-118

doi: https://doi.org/10.15407/ubj96.05.104

Антибактеріальна дія нових композицій на основі цеоліту в залежності від допування катіонами Ag(+) і Сu(2+)

07.04.2025   Uncategorized   No comments

Н. О. Манько1*, О. О. Ільков2, О. Ю. Ключівська1, В. О. Василечко3,4,
В. В. Сидорчук5, Н. П. Ковальська6, О. І. Костів3, С. Р. Багдай3,
А. В. Зелінський3, О. М. Громико7, Н. В. Скрипченко8,
Я. М. Каличак3, Р. С. Стойка1

1Відділ регуляції клітинної проліферації та апоптозу, Інститут біології клітини НАН України, Львів;
2Галичфарм, Львів, Україна;
3Хімічний факультет, Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна;
4Кафедра харчових технологій, Львівський торговельно-економічний університет, Львів, Україна;
5Відділ окислювальних гетерогенно-каталітичних процесів, Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України, Київ;
6Кафедра фармакогнозії та ботаніки, Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, Київ, Україна;
7Біологічний факультет, Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, Україна;
8Відділ акліматизації плодових рослин, Національний ботанічний сад імені М. М. Гришка НАН України, Київ;
*e-mail: mankonazarcb@gmail.com

Отримано: 01 липня 2024; Виправлено: 23 серпня 2024;
Затверджено: 07 жовтня 2024; Доступно онлайн: 28 жовтня 2024

Останнім часом зростає інтерес до вивчення сорбційних та каталітичних властивостей твердих наноматеріалів, зокрема природних цеолітів, як можливих компонентів дезінфекційних засобів. Метою роботи було вивчення антимікробної дії композицій на основі закарпатського клиноптилоліту (Кл), допованого катіонами Ag+ та Сu2+. Ці композиції піддавали ся механохімічній модифікації в етанольному середовищі з додаванням екстракту листя Actinidia arguta, який використовувався як антиоксидант. Отримані композиціїї досліджували за допомогою рентгенівських та лазерних дифракційних аналізаторів, скануючої електронної мікроскопії, FTIR-спектроскопії. Антибактеріальну активність оцінювали за допомогою МТТ-тесту, а продукцію АФК – за допомогою дифенілпікрилгідразилового флуоресцентного барвника. Використовували наступні штами бактерій: Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas fluorescens. Показано, що Кл без допанту не виявляв вираженої антибактеріальної активності стосовно оброблених штамів бактерій, незалежно від присутності етанолу чи рослинного екстракту. Зразки Кл, що містять срібло та оброблені екстрактом Actinidia arguta, не підвищували антибактеріальну активність. Зразки, доповані міддю та оброблені етанолом і екстрактом Actinidia arguta, продемонстрували токсичну дію щодо Bacillus subtilis, найвищий токсичний ефект проти P. fluorescence, але значно знизили антибактеріальну активність щодо штамів Staphylococcus aureus і Pseudomonas aeruginosa порівняно з дією зразків, необроблених рослинним екстрактом. Більшість версій композитів Кл продемонстрували залежний від часу антиоксидантний ефект, який можна порівняти з ефектом аскорбінової кислоти, яка використовувалась як позитивний контроль. Отримані дані свідчать про те, що антибактеріальна дія створених композицій на основі Кл пов’язана не з генерацією АФК, а з особливостями їх взаємодії з поверхнею бактеріальних клітин.

Ключові слова: , , , ,

Посилання:

  1. Pavlović J, Hrenović J, Povrenović D, Rajić N. Advances in the Applications of Clinoptilolite-Rich Tuffs. Materials (Basel). 2024;17(6):1306. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  2. Jang YJ, Kim K, Tsay OG, Atwood DA, Churchill DG. Update 1 of: Destruction and Detection of Chemical Warfare Agents. Chem Rev. 2015;115(24):PR1-PR76. PubMed, CrossRef
  3.  Singh VV, Jurado-Sánchez B, Sattayasamitsathit S, Orozco J, Li JX, Galarnyk M, Fedorak Y, Wang J. Multifunctional Silver-Exchanged Zeolite Micromotors for Catalytic Detoxification of Chemical and Biological Threats. Adv Funct Mater. 2015;25(14):2147-2155. CrossRef
  4. Dolaberidze NM, Tsitsishvili VG, Khutsishvili BT, Mirdzveli NA, Nijaradze MO, Amiridze ZG, Burjanadze MN. Silver- and Zinc-Containing Bactericidal Phillipsites. New Mater Comp Appl. 2018;2(3):247-260.
  5. Pourliotis K, Karatzia MA, Florou-Paneri P, Katsoulos PD, Karatzias H. Effects of dietary inclusion of clinoptilolite in colostrum and milk of dairy calves on absorption of antibodies against Escherichia coli and the incidence of diarrhea. Anim Feed Sci Technol. 2012;172(3-4):136-140. CrossRef
  6. Rossainz-Castro LG, De-La-Rosa-Gómez I, Olguín MT, Alcántara-Díaz D. Comparison between silver- and copper-modified zeolite-rich tuffs as microbicide agents for Escherichia coli and Candida albicans. J Environ Manage. 2016;183(Pt 3):763-770. PubMed, CrossRef
  7. Milenkovic J, Hrenovic J, Matijasevic D, Niksic M, Rajic N. Bactericidal activity of Cu-, Zn-, and Ag-containing zeolites toward Escherichia coli isolates. Environ Sci Pollut Res Int. 2017;24(25):20273-20281. PubMed, CrossRef
  8. Farina M, Brundu A, Bonferoni MC, Juliano C, Rassu G, Gavini E, Cerri G. Antibacterial activity of Na-clinoptilolite against Helicobacter pylori: in-vitro tests, synergistic effect with amoxicillin and stability of the antibiotic formulated with the zeolite. Micropor Mesopor Mat. 2019;288:109592. CrossRef
  9. Kraljević Pavelić S, Simović Medica J, Gumbarević D, Filošević A, Pržulj N, Pavelić K. Critical Review on Zeolite Clinoptilolite Safety and Medical Applications in vivo. Front Pharmacol. 2018;9:1350. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  10. Rainer DN, Morris RE. New avenues for mechanochemistry in zeolite science. Dalton Trans. 2021;50(26):8995-9009. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  11. 11. Patents WO 2010018418 A1. Lelas A, Cepanac I. Formulation based on micronized clinoptilolite as therapeutic agent providing highly bioavailable silicon. РСТ/HR2008/000030 12.08.2008. – 18.02.2010.
  12. De Gennaro B. Surface modification of zeolites for environmental applications. In: Mercurio M, Sarkar B, Langella A (eds). Modified Clay and Zeolite Nanocomposite Materials. Environmental and Pharmaceutical Applications Micro and Nano Technologies. Elsevier, 2019: 57-85. CrossRef
  13. Tomazović B, Ćeranic T, Sijarić G. The properties of the NH4-clinoptilolite. Part 1. Zeolites. 1996;16(4):301-308. CrossRef
  14. Tomazović B, Ćeranić T, Sijarić G. The properties of the NH4-clinoptilolite. Part 2. Zeolites. 1996;16(4);309-312. CrossRef
  15. Kukobat R, Škrbić R, Massiani P, Baghdad K, Launay F, Sarno M, Cirillo C, Senatore A, Salčin E, Atlagić GS. Thermal and structural stability of microporous natural clinoptilolite zeolite. Micropor Mesopor Mater. 2022;341:112101. CrossRef
  16. Tsitsishvili GV, Andronikashvili TG, Kirov GR, Filizova LD. Natural Zeolites. Ellis Horwood Ltd: Chichester: West Sussex, 1992. 295 p.
  17. Vyviurska O, Vasylechko V, Gryshchouk G, Kalychak Y, Zakordonskiy V. Use of Na-modified clinoptilolite for the removal of terbium ions from aqueous solution. Chem Met Alloy. 2012;5(3/4):136-141. CrossRef
  18. Zakordonskiy V, Vasylechko V, Staszczuk P, Gryshchouk G. Water thermodesorption and adsorption properties of the Transcarpathian zeolites. Visnyk Lviv Univ Ser Chem. 2004; 44: 247-256. (In Ukrainian).
  19. Vasylechko VO, Gryshchouk GV, Zakordonskiy VP, Vyviurska O, Pashuk AV. A solid-phase extraction method using Transcarpathian clinoptilolite for preconcentration of trace amounts of terbium in water samples. Chem Cent J. 2015;9:45. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  20. Vasylechko VO, Gryschouk GV, Zakordonskiy VP, Patsay IO, Len’ NV, Vyviurska OA. Sorption of terbium on Transcarpathian clinoptilolite. Micropor Mesopor Mater. 2013;167:155-161. CrossRef
  21. Auerbach SM, Kathleen A, Carrado KA, Dutta PK. Handbook of zeolite Science and Technology. New York: CRC Press, 2003. 1204 p. CrossRef
  22. EFSA Panel on Additives and Products or Substances used in Animal Feed (FEEDAP). Scientific Opinion on the safety and efficacy of clinoptilolite of sedimentary origin for all animal species. EFSA J. 2013;11(1):3039. CrossRef
  23.  Kahramanova XT. Zeolite is biologically active mineral. In: Natural zeolite in medicine. FE Sadikhova, MN Veliyeva, XT Kahramanova, XI Ibadova (eds). Bourgas: SWB, 2010, p. 10-35.
  24. Izmirova N, Aleksiev B, Djourova E, Blagoeva P, Gendjev Z, Mircheva Tz, Pressiyanov D, Minev L, Bozhkova T, Uzunov P, Tomova I, Baeva M, Boyanova A, Todorov T, Petrova R. 32-P-12-Clinoptilolite and the possibilities for its application in medicine. Stud Surf Sci Catal. 2001;135:375. CrossRef
  25. Flowers JL, Lonky SA, Deitsch EJ. Clinical evidence supporting the use of an activated clinoptilolite suspension as an agent to increase urinary excretion of toxic heavy metals. Nutr Dietary Suppl. 2009;1:11-18. CrossRef
  26. Vasylechko VO, Fedorenko VO, Gromyko OM, Gryshchouk GV, Kalychak YM, Zaporozhets OA, Lototska MT. Solid phase extractive preconcentration of silver from aqueous samples and antimicrobial properties of the clinoptilolite–Ag composite. Adsorp Sci Technol. 2017;35(7-8): 602-611. CrossRef
  27. Vasylechko VO, Fedorenko VO, Gromyko OM, Gryshchouk GV, Kalychak YM, Tistechok SI, Us IL, Tupys A. Sorption Preconcentration of Silver for Atomic Absorption Analysis and Antibacterial Properties of the Acid-modified Clinoptilolite – Ag composite. Methods Objects Chem Anal. 2020; 15(2):73-82. CrossRef
  28. Vasylechko V, Fedorenko V, Gromyko O, Gryshchouk G, Kalychak Y, Tistechok S, Us I, Tupys A. A novel solid-phase extraction method for preconcentration of silver and antimicrobial properties of the Na-clinoptilolite–Ag composite. Mater TodayProc. 2021;35(4):548-551. CrossRef
  29. Patrylak LK, Yakovenko AV, Nizhnik BO, Pertko OP, Povazhnyi VA, Kamenskyh DS, Melnychuk OV. Natural zeolites modified with silver nanoparticles as promising sorbents with antibacterial properties / In: Nanoelectronics, Nanooptics, Nanochemistry and Nanobiotechnology, and Their Applications. NANO 2022. O Fesenko, L Yatsenko (eds). Springer Proceedings in Physics. Springer, 2023; 297: 87–98. CrossRef
  30. Gromyko OM, Vasylechko VO, Gryshchouk GV, Roman II, Kalychak YaM, Fedorenko VO, Bagday SR. Antimicrobial activity of transcarpathian clinoptilolite modified with salts of transition metals / Book of Abstracts of International research and practice conference “Nanotechnology and nanomaterials” (NANO-2022). K: LLC APF POLYGRAPH SERVICE, 2022; 54.
  31. Vasylechko VO, Klyuchivska OYu, Manko NO, Gryshchouk GV, Kalychak YaM, Zhmurko II, Stoika RS. Novel nanocomposite materials of silver – exchanged clinoptilolite with pre concentration of Ag(NH3)2+ in water possess enhanced anticancer action. Appl Nanosci. 2020;10(12):4869-4878. CrossRef
  32. Paryzhak SYa, Dumych TI, Klyuchivska OYu, Manko NO, Gryshchouk GV, Vasylechko VO, Stoika RS. Silver doping of clinoptilolite particles enhances their effects on immunocompetent mammalian cells and inhibition of Candida albicans fungi. Appl Nanosci. 2023;13:4817-4826. CrossRef
  33. Ivasechko I, Klyuchivska O, Vasylechko V, Vyviurska O, Kalychak Ya, Stoika R. Influence of Transition Metal-Doped Clinoptilolite on Tumor Cell Viability: A Correlation with Intercellular Contact Density. 2023 IEEE 13th International Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), Bratislava, Slovakia, 2023, pp. NRA02-1-NRA02-7. CrossRef
  34. Znak ZO, Kornii SA, Mashtaler AS, Zin OI. Production of Nanoporous Zeolites Modified by Silver Ions with Antibacterial Properties. Mater Sci. 2021;56:536-543. CrossRef
  35. Lemire JA, Harrison JJ, Turner RJ. Antimicrobial activity of metals: mechanisms, molecular targets and applications. Nat Rev Microbiol. 2013;11: 371-384. CrossRef
  36. Vasylechko VO, Cryshchouk GV, Lebedynets LO, Kuzma YuB, Vasylechko LO, Zakordonskiy VP. Adsorption of Copper on Transcarpathian Сlinoptilolite. Adsorp Sci Technol. 1999;17(2):125-134. CrossRef
  37. Tarasevich YI, Polyakov VE, Penchov VZ, Kirov GN, Minchev KI, Polyakov IG, Badekba LI. Ion-exchange qualities and structural features of clinoptilolites of various deposits. Khim Tekhnol Vody. 1991;13:132-140. (In Russian).
  38. “Sophora flower-bud” from the European Pharmacopoeia / Strasbourg: European Department for the Quality of Medicines, 10.0th ed. 2020, 1628 p.
  39. Akselrud L, GrinY. WinCSD: software package for crystallographic calculations. J Appl Cryst. 2014;47:803-805. CrossRef
  40. Sydorchuk V, Vasylechko V, Khyzhun O, Gryshchouk G, Khalameida S, Vasylechko L. Effect of high-energy milling on the structure, some physicochemical and photocatalytic properties of clinoptilolite. Appl Catal A Gen. 2021;610:117930. CrossRef
  41. Manko NO, Vasylechko VO, Kostiv OI, Kluchivska OYu, Sydorchuk VV, Ilkov OO, Bagday SR, Zelinskiy AV, Gromyko OM, Kalychak YaM, Stoika RS. Study of antibacterial effects of transcarpathian clinoptilolite compositions modified by different chemical ways. Studia Biologica. 2024;18(2):3-19. CrossRef
  42. Al-Zahrani S, Astudillo-Calderón S, Pintos B, Pérez-Urria E, Manzanera JA, Martín L, Gomez-Garay A. Role of Synthetic Plant Extracts on the Production of Silver-Derived Nanoparticles. Plants (Basel). 2021;10(8):1671. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  43. Khromykh NO, Lykholat YV, Didur OO, Sklyar TV, Davydov VR, Lavrentievа KV, Lykholat TY. Phytochemical profiles, antioxidant and antimicrobial activity of Actinidia polygama and A. arguta fruits and leaves. BiosystDivers. 2022;30(1):39-45. CrossRef
  44. Fahimirad S, Ajalloueian F, Ghorbanpour M. Synthesis and therapeutic potential of silver nanomaterials derived from plant extracts. Ecotoxicol Environ Saf. 2019;168:260-278. PubMed, CrossRef
  45. Doan Thi TU, Nguyen TT, Thi YD, Ta Thi KH, Phan BT, Pham KN. Green synthesis of ZnO nanoparticles using orange fruit peel extract for antibacterial activities. RSC Adv. 2020;10(40):23899-23907. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  46. Halo M, Ferrari AM, Berlier G, Miletto I, Casassa S. Experimental and first-principles IR characterization of quercetin adsorbed on a silica surface. Theor Chem Acc. 2016;135:123. CrossRef
  47. Charkhi A, Kazemian H, Kazemei M. Optimized experimental design for natural clinoptilolite zeolite ball milling to produce nano powders. Powder Technol. 2010;203(2):389-396. CrossRef
  48. Poojari C, Wilkosz N, Lira RB, Dimova R, Jurkiewicz P, Petka R, Kepczynski M, Róg T. Behavior of the DPH fluorescence probe in membranes perturbed by drugs. Chem Phys Lipids. 2019;223:104784. PubMed, CrossRef
  49. Hu YK, Kim SJ, Jang CS, Lim SD. Antioxidant Activity Analysis of Native Actinidia arguta Cultivars. Int J Mol Sci. 2024;25(3):1505. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
  50. Asatiani MD, Elisashvili VI, Wasser SP, Reznick AZ, Nevo E. Free-radical scavenging activity of submerged mycelium extracts from higher basidiomycetes mushrooms. Biosci Biotechnol Biochem. 2007;71(12):3090-3092. PubMed, CrossRef
  51. Kovalska N, Karpiuk U, Minarchenko V, Cholak I, Zaimenko N, Skrypchenko N, Liu D. Comparative Analysis of the Content of Sum of Hydroxycinnamic Acids from Leaves of Actinidia arguta Lindl. Collected in Ukraine and China. J Chem. 2023;2023(1):1-7. CrossRef
Creative CommonsThis work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.