Хроматографические методы контроля биологически активных добавок в смывах с имитационных моделей силиконовых лайнеров

Введение. В современной медицине ужесточаются требования к качеству используемых материалов, серьезное беспокойство вызывает проблема бактериальной и грибковой контаминации, возникающая при использовании полимерных изделий на основе силиконов, находящихся в тесном контакте с тканями и биологическими жидкостями организма. В связи с этим представляется актуальным введение в силиконовые изделия медицинского назначения различных биологически активных веществ (БАВ), в том числе с антимикробными свойствами.

Цель. В работе была изучена целесообразность введения БАВ в силиконовые изделия медицинского назначения для улучшения их качества и предотвращения негативных последствий их использования. Авторы статьи ставили перед собой задачу доказать возможность высвобождения выбранных БАВ из силиконовых изделий в процессе контакта с кожей и, как следствие, возникающий в ходе высвобождения БАВ бактериостатический эффект. Для этого важно было подтвердить факт присутствия БАВ в смывах с силиконовых дисков, что, в свою очередь, является доказательством того, что биологически активные добавки, первоначально равномерно распределенные в объеме силиконового диска, способны диффундировать к поверхности и далее высвобождаться с нее при механическом воздействии, а также при обработке спиртом и спиртосодержащими растворами.

Материалы и методы. В качестве БАВ выбраны симдиол и бисаболол – вещества с доказанными антимикробными, противовоспалительными и увлажняющими свойствами. Использовали бисаболол в виде препарата «Драгосантол 100» и симдиол в виде «SymDiol 68Т». В качестве имитационной модели силиконовых лайнеров использовали силиконовые диски (СД), импрегнированные БАВ (0,2 % от объема). Высвобождение БАВ из имитационных моделей силиконовых лайнеров контролировали методами тонкослойной и газожидкостной хроматографии.

Результаты и обсуждение. Была отработана методика введения БАВ в СД, подобраны оптимальные концентрации этих веществ для введения в силиконовую основу. Подтверждена возможность высвобождения импрегнированных добавок из изделия. Полученные в ходе эксперимента данные позволяют с уверенностью утверждать, что из силиконового диска даже при кратковременном и малоинтенсивном механическом контакте с кожей происходит высвобождение введенного препарата (симдиола и бисаболола), обладающего стабильным бактериостатическим действием на широкий спектр микроорганизмов. Процессу высвобождения БАВ из СД также способствует периодическая обработка изделия спиртосодержащими растворами, необходимость которой предусмотрена правилами эксплуатации. Полученные результаты хроматографических исследований вполне коррелируют с данными предшествующих микробиологических опытов по изучаемой проблеме. Высвобождение изученных БАВ из полимерных изделий в процессе эксплуатации в течение не менее 3 месяцев подтверждает целесообразность введения БАВ в силиконовую основу.

Заключение. В исследовании было подтверждено высвобождение биологически активных добавок из силиконовых изделий, применяемых в ортопедии. Введение БАВ в имитационные модели силиконовых лайнеров, безусловно, улучшает качество этих продуктов медицинского назначения и делает целесообразным их применение в различных областях протезирования и ортезирования.

1. Singh B., Bembalagi M., Nagmoti J. M., Patil R., Patil A. Comparison of effectiveness of silver zeolite as an antimicrobial agent in acrylic and silicone soft liners in complete denture patients: An in vivo study. Indian Journal of Health Sciences and Biomedical Research. 2018;11(2):170–174. DOI: 10.4103/kleuhsj.kleuhsj_243_17.

2. Azpiazu-Flores F. X., Leyva del Rio D., Schricker S. R., Johnston W. M., Lee D. J. Effect of three-dimensionally printed surface patterns on the peak tensile load of a plasticized acrylic-resin resilient liner. The Journal of Prosthetic Dentistry. 2022. DOI: 10.1016/j.prosdent.2022.04.012.

3. Cagle J. C., Hafner B. J., Taflin N. B. S., Sanders J. E. Characterization of Prosthetic Liner Products for People with Transtibial Amputation. JPO Journal of Prosthetics and Orthotics. 2018;30(4):187–199. DOI: 10.1097/JPO.0000000000000205.

4. Yang X., Li Z., Jiang Z., Wang S., Liu H., Xu X., Wang D., Miao Y., Shang S., Song Z. Mechanical reinforcement of room-temperature-vulcanized silicone rubber using modified cellulose nanocrystals as cross-linker and nanofiller. Carbohydrate Polymers. 2020;229:115509. DOI: 10.1016/j.carbpol.2019.115509.

5. Sanders J. E., Redd C. B., Larsen B. G., Vamos A. C., Brzostowski J. T., Hafner B. J., Allyn K. J., Henrikson K. M., McLean J. B., Hinrichs P. A. Novel Method for Assessing Prosthesis Use and Accommodation Practices of People with Transtibial Amputation. JPO Journal of Prosthetics and Orthotics. 2018;30(4):214–230. DOI: 10.1097/jpo.0000000000000209.

6. Zhu Y., Ke J., Zhang L. Anti-biofouling and Antimicrobial Biomaterials for Tissue Engineering. In: Li B., Moriarty Th. F., Webster Th., Xing M. eds. Racing for the Surface. Cham: Springer International Publishing. 2020. P. 333–354. DOI: 10.1007/978-3-030-34471-9.

7. Rai P., Jankiraman V., Teacher M., Velu R., Kumar S. A., Binedell T., Subburaj K. Design and optimization of a 3D printed prosthetic socket for transtibial amputees. Materials Today: Proceedings. 2022;70:454–464. DOI: 10.1016/j.matpr.2022.09.365.

8. Sathya S., Shanmuganathan B., Manirathinam G., Ruckmani K., Devi K. P. α-Bisabolol loaded solid lipid nanoparticles attenuates Aβ aggregation and protects Neuro-2a cells from Aβ induced neurotoxicity. Journal of Molecular Liquids. 2018;264:431–441. DOI: 10.1016/j.molliq.2018.05.075.

9. Antoniac I., Sinescu C., Antoniac A. Adhesion aspects in biomaterials and medical devices. Journal of Adhesion Science and Technology. 2016;30(16):1711–1715. DOI: 10.1080/01694243.2016.1170959.

10. Chooi W. H., Yee S. COVID 19: The safety profile of common disinfectants used for sanitization. Progress in Drug Discovery & Biomedical Science. 2020;3(1):a0000112. DOI: 10.36877/pddbs.a0000112.

11. Francolini I., Vuotto C., Piozzi A., Donelli G. Antifouling and antimicrobial biomaterials: an overview. APMIS. 2017;125(4):392–417. DOI: 10.1111/apm.12675.

12. Erathodiyil N., Chan H.-M., Wu H., Ying J. Y. Zwitterionic polymers and hydrogels for antibiofouling applications in implantable devices. Materials Today. 2020;38:84–98. DOI: 10.1016/j.mattod.2020.03.024.

13. Chladek G., Barszczewska-Rybarek I., Lukaszczyk J. Developing the procedure of modifying the denture soft liner by silver nanoparticles. Acta of Bioengineering and Biomechanics. 2012;14(1):23–29.

14. Deng J., Ren L., Pan Y, Gao H., Meng X. Antifungal property of acrylic denture soft liner containing silver nanoparticles synthesized in situ. Journal of Dentistry. 2021;106:103589. DOI: 10.1016/j.jdent.2021.103589.

15. Guo R. J., Yin G. D., Sha X. J., Zhao Q., Wei L. Q., Wang H. F. The significant adhesion enhancement of Ag-polytetrafluoroethylene antibacterial coatings by using of molecular bridge. Applied Surface Science. 2015;341:13–18. DOI: 10.1016/j.apsusc.2015.02.131.

16. Zhu A., Wang Y. F.. Momentive Performance Materials Inc, assignee. Silicone rubber exhibiting effective antimicrobial activity. EP Patent EP2254421A1. 2010-12-01. Available at: https://patents.google.com/patent/EP2254421A1/en. Accessed: 29.09.2023.

17. Guo R., Wen J., Gao Y., Li T., Yan H., Wang H., Niu B., Jiang K. Effect of the adhesion of Ag coatings on the effectiveness and durability of antibacterial properties. Journal of Materials Science. 2018;53:4759–4767. DOI: 10.1007/s10853-017-1939-z.

18. Jordan R. P. C., Malic S., Waters M. G., Sticker D. J., Williams D. W. Development of an antimicrobial urinary catheter to inhibit urinary catheter encrustation. Microbiology Discovery. 2015;3(1):1–7. DOI: 10.7243/2052-6180-3-1.

19. Aoki S., Yamakawa K., Kubo K., Takeshita J. Antibacterial Properties of Silicone Membranes after a Simple Two-Step Immersion Process in Iodine and Silver Nitrate Solutions. Biocontrol Science. 2018;23(3):97–105. DOI: 10.4265/bio.23.97.

20. Aysa N. H., Al-Maamori M. H., Al-Maamori N. A. A. Effect of the Unmodified and Modified ZnO Nanoparticles on the Mechanical and Antibacterial Properties of Silicone Rubber Using in Medical Applications. Journal of NanoScience, NanoEngineering & Applications. 2015;1(3):119–124.

21. McBride M. C., Malcolm R. K., Woolfson A. D., Gorman S. P. Persistence of antimicrobial activity through sustained release of triclosan from pegylated silicone elastomers. Biomaterials. 2009;30(35):6739–6747. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2009.08.047.

22. Mustacich R. V., Lucas D. S., Stone R. L., inventors. Procter and Gamble Co, assignee. Antimicrobial polymer compositions. US Patent 4479795A. 30.10.1984.

23. Ketchum A. R., Kappler M. P., Wu J., Xi C., Meyerhoff M. E. The preparation and characterization of nitric oxide releasing silicone rubber materials impregnated with S-nitroso-tert-dodecyl mercaptan. Journal of Materials Chemistry B. 2016;4(3):422–430. DOI: 10.1039/C5TB01664A.

24. Карпунина Т. И., Якушева Д. Э., Кисельков Д. М., Великанова М. С., Якушев Р. М. Модификация поверхности медицинских изделий из силиконового каучука: проблемы и перспективы. Вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2015;17(11):1–6.

25. Usala A. L. Immunix Inc, assignee. Polymeric substrates containing povidone-iodine as a control release biologically active agent. Jp Patent CA2003169A1. 17.05.1990.

26. Shit S. C., Shah P. A. Review on Silicone Rubber. National Academy Science Letters. 2013;36(4):355–365. DOI: 10.1007/s40009-013-0150-2.

27. Schäfer M. Silikone in der technischen Orthopädie. Medizinisch-Orthopädische Technik MOT. 2008;32:7–16.

28. Ватолинский, Л. Е., Хмелевская, И. О., Щетинина, Л. Г., Белевцова Л. О., Гришко Е. К. Силиконы в протезировании и ортезировании. Ортопедия, травматология и протезирование. 2010;1:41–45.

29. Удянская И. Л., Янкова В. Г., Слонская Т. К., Грибанова С. В., Плахотная О. Н., Краснюк-мл. И. И., Хлопонина А. В., Рыбина А. Д. Биологически активные вещества как добавки в силиконовые изделия медицинского назначения. Фармация. 2016;65:37–39.

30. Sandasi M., Kamatou G. P., Viljoen A. M. An untargeted metabolomic approach in the chemotaxonomic assessment of two Salvia species as a potential source of α-bisabolol. Phytochem. 2012;84:94–101. DOI: 10.1016/j.phytochem.2012.08.009.

31. De Lucca A. J., Pauli A., Schilcher H., Sien T., Bhatnagar D., Walsh T. J. Fungicidal and Bactericidal Properties of Bisabolol and Dragosantol. Journal of Essential Oil Research. 2011;23(3):47–54. DOI: 10.1080/10412905.2011.9700457.

32. Ma Y., Li W., Mai J., Wang J., Wei Y., Ledesma-Amaro R., Ji X.-J. Engineering Yarrowia lipolytica for sustainable production of the chamomile sesquiterpene (−)-α-bisabolol. Green Chemistry. 2021;23:780–787. DOI: 10.1039/D0GC03180A.

33. Stahl E. Thin-Layer Chromatography: A Laboratory Handbook. 2nd ed. Berlin: Springer-Verlag. 1969. 1041 p.

34. Holloway T., Rios A., Okoro C., van Dam R. M. SP-053 – Replacing high-performance liquid chromatography (HPLC) with high-resolution thin layer chromatography (TLC) for rapid radiopharmaceutical analysis. Nuclear Medicine and Biology. 2021;96–97:S63. DOI: 10.1016/S0969-8051(21)00370-X.

35. Xu L., Liu S. Forecasting structure of natural products through color formation process by thin layer chromatography. Food Chemistry. 2021;334:127496. DOI: 10.1016/j.foodchem.2020.127496.

36. Makowska M., Pellinen T. Thin layer chromatography performed in stages to identify the presence of aromatic like fraction in chosen bitumen modifiers. Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). 2021;8(3):453–466. DOI: 10.1016/j.jtte.2019.09.008.

37. Dlamini B., Rangarajan V., Clarke K. G. A simple thin layer chromatography based method for the quantitative analysis of biosurfactant surfactin vis-a-vis the presence of lipid and protein impurities in the processing liquid. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2020;25:101587. DOI: 10.1016/j.bcab.2020.101587.