Применение квантовых точек InP/ZnSe/ZnS в лечении экспериментального антибиотикорезистентного эндофтальмита in vivo

Цель работы — моделирование экспериментального антибиотикорезистентного эндофтальмита на лабораторных животных с описанием механизмов взаимодействия квантовых точек (КТ) с инфекционным агентом.

Материалы и методы. Объект исследования — лабораторные новозеландские кролики (2 особи мужского пола, возраст 4 месяца, вес 3,5 кг). Индуктор воспаления — культура внутрибольничного штамма метициллин-резистентного золотистого стафилококка (МРЗС), нечувствительного к гликопептидам. Первому кролику было выполнено интравитреальное введение конъюгата на основе 1 мг/0,05 мл ванкомицина в сочетании с 0,5 мкг 0,01 %/0,05 мл водным раствором квантовых точек InP/ZnSe/ZnS 660. Второму кролику выполнено интравитреальное введение 1 мг/0,1 мл ванкомицина. Динамическое наблюдение за течением клинического процесса производилось ежедневно посредством фоторегистрации переднего отрезка и ультразвуковой сонографии.

Результаты. Конъюгат на основе 1 мг/0,05 мл ванкомицина в сочетании с 0,5 мкг 0,01 %/0,05 мл водного раствора квантовых точек InP/ZnSe/ZnS 660 продемонстрировал высокую антиинфекционную активность в отношении ванкомицин-резистентного МРЗС в данной группе исследования. Методом электронной микроскопии показано, что воздействие названного раствора на МРЗС описывается одномоментной способностью квантовых точек к тропности в отношении биологических объектов. Спектрофотометрическим методом обнаружена генерация супероксидных радикалов O2–• в водном растворе КТ при воздействии синего света.

Заключение. Конъюгаты на основе квантовых точек можно рассматривать как одно из перспективных направлений лечения антибиотикорезистентных эндофтальмитов.

1. Tabatabaei S.A., Aminzade S., Ahmadraji A., Kasaee A., Cheraqpour K. Early and complete vitrectomy versus tap and inject in acute post cataract surgery endophthalmitis presenting with hand motion vision; a quasi experimental study. BMC Ophthalmology. 2022;22(1):16. DOI: 10.1186/s12886-022-02247-8

2. Taban M., Behrens A., Newcomb R.L., Nobe M.Y., Saedi G., Sweet P.M., McDonnell P.J. Acute endophthalmitis following cataract surgery: A systematic review of the literature. Archives of Ophthalmology. 2005;123(5):613–620. DOI: 10.1001/ar-chopht.123.5.613

3. Results of the Endophthalmitis Vitrectomy Study: A Randomized Trial of Immediate Vitrectomy and of Intravenous Antibiotics for the Treatment of Postoperative Bacterial Endophthalmitis. Archives of Ophthalmology. 1995;113(12):1479–1496. DOI: 10.1001/archopht.1995.01100120009001

4. Dib B., Morris R.E., Oltmanns M.H., Sapp M.R., Glover J.P., Kuhn F. Complete and early vitrectomy for endophthalmitis after cataract surgery: An alternative treatment paradigm. Clinical Ophthalmology.2020;14:1945–1954. DOI: 10.2147/OPTH.S253228

5. Relhan N., Pathengay A., Schwartz S.G., Flynn H.W. Jr. Emerging Worldwide Antimicrobial Resistance, Antibiotic Stewardship and Alternative Intravitreal Agents for the Treatment of Endophthalmitis. Retina. 2017;37(5):811–818. DOI: 10.1097/IAE.0000000000001603

6. Read A.F., Woods R.J. Antibiotic resistance management. Evol. Med. Public Health. 2014;14(1):147. DOI: 10.1093/emph/eou024

7. Bartlett J.G., Gilbert D.N., Spellberg B. Seven ways to preserve the miracle of antibiotics. Clin. Infect. Dis. 2013;56(10):1445–1450. DOI: 10.1093/cid/cit070

8. No authors listed. The antibiotic alarm. Nature. 2013;495(7440):14. DOI: 10.1038/495141a

9. Viswanathan V.K. Off label abuse of antibiotics by bacteria. Gut. Microbes. 2014;5(1):3–4. DOI: 10.4161/gmic.28027

10. Luyt C.E., Brechot N., Trouillet J.L., Chastre J. Antibiotic stewardship in the intensive care unit. Crit. Care. 2014;18(5):480. DOI: 10.1186/s13054-014-0480-6

11. Grzybowski A., Brona P., Kim S.J. Microbial flora and resistance in ophthalmology: a review. Graefes Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. 2017;255(5):851–862. DOI: 10.1007/s00417-017-3608-y

12. Miller D. Update on the Epidemiology and Antibiotic Resistance of Ocular Infections. Middle East Afr. J. Ophthalmol. 2017;24(1):30–42. DOI: 10.4103/meajo.MEA-JO_276_16

13. Michael C.A., Dominey Howes D., Labbate M. The antibiotic resistance crisis: causes, consequences, and management. Front Public Health. 2014;2:145. DOI: 10.3389/fpubh.2014.00145

14. David M., Richards D.M., Endres R.G. The Mechanism of Phagocytosis: Two Stages of Engulfment. Biophys J. 2014 Oct 7;107(7):1542–1553. DOI: 10.1016/j.bpj.2014.07.070

15. Courtney C.M., Goodman S.M., Nagy T.A., Levy M., Bhusal P., Madinger N.E. Potentiating antibiotics in drug resistant clinical isolates via stimuli activated superoxide generation. Sci. Adv. 2017;3(10):1–10. DOI: 10.1126/sciadv.170177

16. Courtney C.M., Goodman S.M., McDaniel J.A., Madinger N.E., Chatterjee A., Nagpal P. Photoexcited quantum dots for killing multidrug resistant bacteria. Nat. Mater. 2016;15:529–534. DOI: 10.1038/nmat4542

17. Cheeseman K.H., Slater T.F. An introduction to free radical biochemistry. Brit. Med. Bull. 1993;49:481–493. DOI: 10.1093/oxfordjournals.bmb.a072625

18. Cross A.R., Jones O.T.G. Enzymic mechanisms of superoxide production. Biochem. biophys. acta. 1991;1057:281–298. DOI: 10.1016/s0005-2728(05)80140-9

19. Sandhu S.K., Kaur G. Mitochondrial Electron Transport Chain Complexes in Aging Rat Brain and Lymphocytes. Biogerontol. 2003;4(1):19–29. DOI: 10.1023/a:1022473219044

20. Kinnula V.L., Soini Y., Kvist Makela K., Savolainen E.R., Koistinen P. Antioxidant defense mechanisms in human neutrophils. Antioxid. Redox Signal. 2002;4(1):27–34. DOI: 10.1089/152308602753625825

21. Valko M., Leibfritz D., Moncol J. Free radicals and antioxidants in normal physiological functions and human disease. Int. J. Biochem. Cell Biol. 2007;39:44–84. DOI: 10.1016/j.biocel.2006.07.001

22. Imlay J.A. The molecular mechanisms and physiological consequences of oxidative stress: lessons from a model bacterium. Nat. Rev. Microbiol. 2013;11:443–454. DOI: 10.1038/nrmicro3032

23. Goodman M., Levy M., Fei Fei L. Designing Superoxide Generating Quantum Dots for Selective Light-Activated Nanotherapy. Front. Chem. 2018;46(6):1–12. DOI: 10.3389/fchem.2018.00046

24. Пономарев В.О., Казайкин В.Н., Лизунов А.В., Вохминцев А.С., Вайнштейн И.А., Дежуров С.В. Оценка офтальмотоксического воздействия квантовых точек и биоконъюгатов на их основе в аспекте перспектив лечения резистентных эндофтальмитов. Экспериментальное исследование. (1-й этап). Офтальмология. 2021;18(3):476–487. DOI: 10.18008/1816-5095-2021-3-476-487

25. Пономарев В.О., Казайкин В.Н., Лизунов А.В., Вохминцев А.С., Вайнштейн И.А., Дежуров С.В, Оценка офтальмотоксического воздействия квантовых точек InP/ZnSe/ZnS 660 и биоконъюгатов на их основе в аспекте перспектив лечения резистентных эндофтальмитов. Экспериментальное исследование. Часть 2 (1-й этап). Офтальмология. 2021;18(4):876–884. DOI: 10.18008/1816-5095-2021-4-876-884

26. Yaghini E., Pirker K.F., Kay C.W.M., Seifalian A.M., Macrobert A.J. Quantification of reactive oxygen species generation by photoexcitation of PEGylated quantum dots. Small. 2014;10(24):5106–5115. DOI: 10.1002/smll.201401209

27. Healy V.L., Lessard I.A., Roper D.I., Knox J.R., Walsh C.T. Vancomycin resistance in enterococci: reprogramming of the d Ala–d Ala ligases in bacterial peptidoglycan biosynthesis. Chemestry and Biology. 2000;7(5):109–119. DOI: 10.1016/S1074-5521(00)00116-2

28. Пономарев В.О., Казайкин В.Н., Лизунов А.В., Вохминцев А.С., Вайнштейн И.А., Розанова С.М., Кырф М.В. Лабораторный анализ антиинфекционной активности квантовых точек и биоконъюгатов на их основе в аспекте перспектив лечения воспалительных заболеваний глаза. Экспериментальное исследование (часть 3). Офтальмология 2022;19(1):188–194. DOI: 10.18008/1816-5095-2022-1-188-194

29. McCollum C.R., Bertram J.R., Nagpal P., Chatterjee A. Photoactivated Indium Phosphide Quantum Dots Treat Multidrug Resistant Bacterial Abscesses In Vivo. ACS Appl Mater Interfaces. 2021 Jul 7;13(26):30404–30419. DOI: 10.1021/acsami.1c08306. Epub 2021 Jun 22.PMID: 34156817

30. McCollum C.R., Levy M., Bertram J.R., Nagpal P., Chatterjee A. Photoexcited Quantum Dots as Efficacious and Nontoxic Antibiotics in an Animal Model. ACS Biomater Sci Eng. 2021 May 10;7(5):1863–1875. DOI: 10.1021/acsbiomaterials.0c01406