Экспериментальное исследование антибактериальной активности литического стафилококкового бактериофага ph20 и литического бактериофага синегнойной палочки ph57 при моделировании их импрегнации в ортопедические полимерные конструкции из полиметилметакрилата (костного цемента)

Background: The problem of bacterial colonization of implants used in medical practice continues to be relevant regardless of the material of the implant. Particular attention deserves polymeric implants, which are prepared ex tempore from polymethyl methacrylate, for example - duting orthopedic surgical interventions (so-called "bone cement"). The protection of such implants by antibiotic impregnation is subjected to multiple criticisms, therefore, as an alternative to antibiotics, lytic bacteriophages with a number of unique advantages can be used - however, no experimental studies have been published on the possibility of impregnating bacteriophages into polymethyl methacrylate and their antibacterial activity assessment under such conditions.Aims: to evaluate the possibility of physical placement of bacteriophages in polymethylmethacrylate and to characterize the lytic antibacterial effect of two different strains of bacteriophages when impregnated into polymer carrier ex tempore during the polymerization process in in vitro model.Materials and methods:  First stage - Atomic force microscopy (AFM) of polymethyl methacrylate samples for medical purposes was used to determine the presence and size of caverns in polymethyl methacrylate after completion of its polymerization at various reaction  temperatures (+6…+25°C and +18…+50°C).The second stage was performed in vitro and included an impregnation of two different bacteriophage strains (phage ph20 active against S. aureus and ph57 active against Ps. aeruginosa) into polymethyl methacrylate during the polymerization process, followed by determination of their antibacterial activity.Results: ACM showed the possibility of bacteriophages placement in the cavities of polymethyl methacrylate - the median of the section and the depth of cavities on the outer surface of the polymer sample polymerized at +18…+50°C were 100.0 and 40.0 nm, respectively, and on the surface of the transverse cleavage of the sample - 120.0 and 100.0 nm, respectively, which statistically did not differ from the geometric dimensions of the caverns of the sample polymerized at a temperature of +6…+25°C.The study of antibacterial activity showed that the ph20 bacteriophage impregnated in polymethyl methacrylate at +6…+25°C lost its effective titer within the first six days after the start of the experiment, while the phage ph57 retained an effective titer for at least 13 days.Conclusion: the study confirmed the possibility of bacteriophages impregnation into medical grade polymethyl methacrylate, maintaining the effective titer of the bacteriophage during phage emission into the external environment, which opens the way for the possible application of this method of bacteriophage delivery in clinical practice. It is also assumed that certain bacteriophages are susceptible to aggressive influences from the chemical components of "bone cement" and / or polymerization reaction products, which requires strict selection of bacteriophage strains that could be suitable for this method of delivery.Обоснование. Проблема бактериальной колонизации используемых в медицинской практике имплантатов из различных материалов продолжает оставаться актуальной, независимо от использованного для их изготовления материала. Отдельного внимания заслуживают имплантируемые в организм человека полимерные имплантаты, которые изготовляют ex tempore (по мере надобности) из полиметилметакрилата, например при ортопедических хирургических вмешательствах (так называемый костный цемент). Защита таких имплантатов путем импрегнации в них антибиотиков подвергается множественной критике, поэтому в качестве альтернативы антибиотикам могут быть использованы литические бактериофаги, обладающие рядом уникальных преимуществ, однако экспериментальных работ по изучению возможности импрегнации бактериофагов в полиметилметакрилат и антибактериальной активности в таких условиях в литературе не опубликовано. Цель исследования ― изучить возможность физического размещения бактериофагов в полиметилметакрилате и в модели in vitro охарактеризовать литический антибактериальный эффект двух различных штаммов бактериофагов при их импрегнации в изготавливаемый ex tempore полимерный носитель на этапе полимеризации. Методы. Первым этапом была проведена атомно-силовая микроскопия (АСМ) образцов полиметилметакрилата медицинского назначения для выяснения наличия и размеров каверн, образовавшихся после завершения полимеризации при различном диапазоне температур реакционной смеси (+6…+25 °C и +18…+50 °C). Вторым этапом in vitro было проведена импрегнация двух различных штаммов бактериофагов (ph20, активного в отношении Staphylococcus aureus, и ph57, активного в отношении Pseudomonas aeruginosa) в полиметилметакрилат на этапе полимеризации с последующим определением их антибактериальной активности. Результаты. В ходе выполнения АСМ установлена возможность размещения бактериофагов в кавернах полиметилметакрилата: медиана сечения и глубины каверн на внешней поверхности образца, полимеризованного при температуре +18…+50 °C, составила 100,0 и 40,0 нм соответственно, а на поверхности поперечного скола образца ― 120,0 и 100,0 нм соответственно, что статистически не отличалось от геометрических размеров каверн образца, полимеризованного при температуре +6…+25 °C. Изучение антибактериальной активности показало, что импрегнированный при +6…+25 °C в полиметилметакрилат стафилококковый бактериофаг ph20 утратил эффективный титр уже в течение первых шести суток с момента начала эксперимента, тогда как синегнойный бактериофаг ph57 сохранял эффективный титр как минимум в течение 13 сут. Заключение. В исследовании была подтверждена возможность импрегнации бактериофагов в полиметилметакрилат медицинского назначения с поддержанием эффективного титра бактериофага при его эмиссии во внешнюю среду, что открывает пути возможного применения такого способа доставки бактериофагов в клинической практике. Также сделаны предположения о вероятной подверженности некоторых бактериофагов агрессивным воздействиям со стороны химических компонентов «костного цемента» и/или продуктов реакции полимеризации, что требует строгого отбора пригодных для подобного способа доставки штаммов бактериофагов

Stimulation of mouse hematopoietic stem cells by angiogenin and DNA preparations

Immature hematopoietic progenitors are a constant source for renewal of hemocyte populations and the basic component of the tissue and cell repair apparatus. A unique property of these cells of internalizing extracellular double-stranded DNA has been previously shown. The leukostimulatory effect demonstrated in our pioneering studies was considered to be due to the feature of this cell. In the present research, we have analyzed the effects of DNA genome reconstructor preparation (DNAgr), DNAmix, and human recombinant angiogenin on both hematopoietic stem cells and multipotent progenitors. Treatment with bone marrow cells of experimental mice with these preparations stimulates colony formation by hematopoietic stem cells and proliferation of multipotent descendants. The main lineage responsible for this is the granulocyte-macrophage hematopoietic lineage. Using fluorescent microscopy as well as FACS assay, co-localization of primitive c-Kit- and Sca-1-positive progenitors and the TAMRA-labeled double-stranded DNA has been shown. Human recombinant angiogenin was used as a reference agent. Cells with specific markers were quantified in intact bone marrow and colonies grown in the presence of inducers. Quantitative analysis revealed that a total of 14,000 fragment copies of 500 bp, which is 0.2% of the haploid genome, can be delivered into early progenitors. Extracellular double-stranded DNA fragments stimulated the colony formation in early hematopoietic progenitors from the bone marrow, which assumed their effect on cells in G0. The observed number of Sca1+/c-Kit+ cells in colonies testifies to the possibility of both symmetrical and asymmetrical division of the initial hematopoietic stem cell and its progeny

Иммуногенные и протективые свойства кандидатной пептидной вакцины против SARS-CoV-2

Background. In 2020, the pandemic caused by novel coronavirus infection has become one of the most critical global health challenges during the past century. The lack of a vaccine, as the most effective way to control the novel infection, has prompted the development of a large number of preventive products by the scientific community. We have developed a candidate vaccine (EpiVacCorona) against novel coronavirus infection caused by SARS-CoV-2 that is based on chemically synthesized peptides conjugated to a carrier protein and adsorbed on aluminum hydroxide and studied the specific activity of the developed vaccine. Aims study of the immunogenicity and protectivity of the peptide candidate vaccine EpiVacCorona. Methods. The work was performed using standard molecular biological, virological and histological methods. Results. It was demonstrated that EpiVacCorona, when administered twice, spaced 14 days apart, to hamsters, ferrets, and non-human primates (african green monkeys, rhesus macaques) at a dose of 260 g, which is equal to one inoculation dose for humans, induces virus-specific antibodies in 100% of the animals. Experiments in hamsters showed this vaccine to be associated with the dose-dependent immunogenicity. The vaccine was shown to accelerate the elimination of the virus from the upper respiratory tract in ferrets and prevent the development of pneumonia in hamsters and non-human primates following a respiratory challenge with novel coronavirus. Conclusions. The results of a preclinical specific activity study indicate that the use of EpiVacCorona has the potential for human vaccination.Обоснование. В 2020 г. пандемия, вызванная новой коронавирусной инфекцией, стала одним из самых серьезных испытаний для глобального здравоохранения за последнее столетие. Отсутствие вакцины как наиболее действенного способа борьбы против новой инфекции обусловило разработку научным сообществом большого количества профилактических препаратов. Нами была разработана кандидатная вакцина (ЭпиВакКорона) против новой коронавирусной инфекции SARS-CoV-2 на основе химически синтезированных пептидов, конъюгированных на белок-носитель и адсорбированных на гидроксид алюминия, и изучена ее специфическая активность. Цель исследования изучение иммуногенных и протективных свойств кандидатной пептидной вакцины ЭпиВакКорона. Методы. Работа была выполнена при помощи стандартных молекулярно-биологических, вирусологических и гистологических методов. Результаты. Показано, что ЭпиВакКорона при двукратном введении с интервалом в 14 дней хомякам, хорькам и низшим приматам (африканским зеленым мартышкам, макакам-резусам) в дозе 260 мкг, равной одной прививочной дозе для человека, вызывает индукцию вирусспецифических антител у 100% животных. В опытах на хомяках показано, что вакцинный препарат обладает дозозависимой иммуногенностью, вакцина индуцирует ускорение элиминации вируса из верхних дыхательных путей у хорьков и предотвращает развитие пневмонии у хомяков и низших приматов после респираторного заражения новым коронавирусом. Заключение. Результаты доклинического исследования специфической активности свидетельствуют о перспективности использования ЭпиВакКорона для вакцинации людей