Структура и механизм антимикробного действия комплексного соединения хлоргексидина нового представителя нанодезинфектантов

Формирование устойчивости болезнетворных микроорганизмов к известным дезинфицирующим средствам (ДС) требует постоянного совершенствования арсенала ДС. Эффективность ДС может быть увеличена путем модификация путем комбинирования известных антисептиков с комплексообразующими веществами. Примером такого подхода служит изученное в настоящей работе ДС Тригексилон комплексный антисептик на основе хлоргексидина (ХГ), обладающий более высокой биоцидной активностью и более широким спектром действия по сравнению с ХГ. Активное вещество представляет собой трехкомпонентный комплекс ХГ с хлоридом цинка и этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), Методами рентгеноструктурного анализа (РСА) и масс-спектрометрии установлена бихелатная структура данного комплекса, образованного двухзарядным катионом хлоргексидиния, двухзарядным катионом цинка и четырехзарядным анионом ЭДТА, В растворах, по данным электронной микроскопии, комплексный антисептик ХГ-Zn-ЭДТА образует надмолекулярные агрегаты размером 50-150 нм, что позволяет отнести его к нанодезинфектантам. Результаты изучения механизма антимикробной активности на штамме Pseudomonas aeruginosa, позволяет предполагать, что препарат воздействует на клеточную оболочку бактерий, что приводит к повреждению внешней мембраны с последующим распадом клетки. Цель исследования. Изучение молекулярной структуры и механизма антимикробного действия нового трехкомпонентного комплекса на основе хлоргексидина, цинка и этилендиаминтетрауксусной кислоты. Материалы и методы. Исследуемое вещество представляет собой комплекс Хлоргексидин-цинк-ЭДТА (дезинфицирующее средство Тригексилон с концентрацией раствора 0.2% в пересчете на хлоргексидин). Структуру комплекса исследовали в кристаллическом состоянии методом рентгеноструктурного анализа на дифрактометре Rigaku SynergyS, в растворах - методом матрично-активированной лазерной десорбции/ионизации масс-спектрометрии (МАЛДИ-МС) с помощью масс-спектрометра ultrafleXtreme (Bruker Daltonics), элементного анализа и методом просвечивающей электронной микроскопии. Результаты. Впервые проведено рентгеноструктурное исследование комплекса ХГ-Zn-ЭДТА и установлена его тонкая молекулярная структура в кристаллическом состоянии. Комплекс представляет собой стабильную бихелатную электронейтральную систему, в которой молекула хлоргексидина принимает компактную конформацию, стабилизированную за счет взаимодействия с анионным цинк-ЭДТА фрагментом. В растворах комплекс агрегирует, образуя наночастицы размером 50-150 нм. Полученные данные указывают, что антисептический эффект комплекса ХГ-Zn-ЭДТА связан с повреждающим воздействием на клеточные мембраны. Заключение. Структура и свойства биоцидного трехкомпонентного комплекса ХГ-Zn-ЭДТА, представляющего собой стабильную бихелатную систему, существенно отличают его от свободного хлоргексидина. В растворах комплекс представлен наночастицами размером 50-150 нм, что позволяет отнести его к нанодезинфектантам. Антисептический эффект комплекса ХГ-Zn-ЭДТА реализуется через клеточные мембраны, его повышенная активность, вероятно, объясняется малым молекулярным объемом, высокой подвижностью и склонностью к образованию надмолекулярных структур. Все это служит основанием для дальнейшего изучения механизмов биоцидного действия комплекса ХГ-Zn-ЭДТА, который представляется перспективной основой для получения высоко эффективных дезинфицирующих средств.

The formation of resistance of pathogenic microorganisms to known disinfectants (DA) requires constant improvement of the arsenal of DA. The effectiveness of DA can be increased by modification by combining known antiseptics with complexing agents. An example of this approach is the DA "Trihexilon" studied in this work a complex antiseptic based on chlorhexidine (HCG), which has a higher biocidal activity and a wider spectrum of action compared with HCG. The active substance is a three-component complex of HCG with zinc chloride and ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), the methods of X-ray diffraction (XRD) and mass spectrometry have established the bichelate structure of this complex, formed by a two-charge chlorhexidinium cation, a two-charge zinc cation and a four-charge EDTA anion, In solutions, the complex aggregates to form nanoparticles of 50-150 nm in size. The data obtained indicate that the antiseptic effect of the HCG-Zn-EDTA complex is associated with a damaging effect on cell membranes. The aim of the study. To study the molecular structure and mechanism of antimicrobial action of a new three-component complex based on chlorhexidine, zinc and ethylenediaminetetraacetic acid. Materials and methods. The substance under study is a complex of Chlorhexidine-zinc-EDTA (disinfectant "Trihexilon" that contain of 0.2% in terms of chlorhexidine in the solution). The structure of the complex was studied in the crystalline state by X-ray diffraction analysis on a Rigaku SynergyS diffractometer, in solutions by matrix-activated laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI MS) using an UltrafleXtreme mass spectrometer (Bruker Daltonics), elemental analysis and transmission electron microscopy. Microbiological studies were carried out using a test culture of Pseudomonas aeruginosa bacteria ATCC 27853B, the bactericidal activity of the drug was studied by electron microscopic methods using a TecnaiG2 SpiritBioTWIN tracer electron microscope. The degree of damage to the ultrastructure of microorganisms was assessed on the basis of cytostructural criteria, the viability of bacterial cells was assessed by microbiological method. Outcomes. For the first time, an X-ray diffraction study of the Chlorhexidine-Zn-EDTA complex was carried out and its fine molecular structure in the crystalline state was established. The complex is a stable bis-chelate electroneutral system in which the chlorhexidine molecule adopts a compact conformation stabilized by interaction with an anionic zinc-EDTA fragment. In solutions, the complex aggregates to form nanoparticles of 50-150 nm in size. The data obtained indicate that the antiseptic effect of the Chlorhexidine-Zn-EDTA complex is associated with a damaging effect on cell membranes. Conclusion. The structure and properties of the biocidal three-component complex Chlorhexidine-Zn-EDTA, which is a stable bichelate system, significantly distinguish it from free chlorhexidine. In solutions, the complex is represented by nanoparticles of 50-150 nm in size, which makes it possible to classify it as nanodesinfectants. The antiseptic effect of the Chlorhexidine-Zn-EDTA complex is realized through cell membranes, its increased activity is probably due to its small molecular volume, high mobility and tendency to form supramolecular structures. All this serves as a basis for further study of the mechanisms of the biocidal action of the Chlorhexidine-Zn-EDTA complex, which seems to be a promising basis for obtaining highly effective disinfectants.