Антибактериальное действие полупроводникового лазера в отношении бактерий S. aureus и P. aeruginosa, ведущих возбудителей остеомиелита

19.11.2024

Антибактериальное действие полупроводникового лазера в отношении бактерий S. aureus и P. aeruginosa, ведущих возбудителей остеомиелита

Эффективность ФДТ зависит от вида микроорганизма, анатомического местоположения очага инфекции, а также свойств фотосенсибилизатора и используемого лазера

ВВЕДЕНИЕ

Общепризнанным методом лечения хронического остеомиелита является хирургический. Тем не менее, по данным ряда авторов, неудовлетворительные результаты при лечении пациентов с костносуставной патологией, осложненной гнойной инфекцией, наблюдаются у 25-30 % больных, рецидивы заболевания встречаются в 25-68 % случаев [1-4].

Большую роль в развитии хронического остеомиелита играет бактериальная инфекция. При поступлении в стационар из ран больных хроническим остеомиелитом наиболее часто выделяют грамположи- тельные микроорганизмы, в основном, Staphylococcus aureus. Присоединение госпитальной микрофлоры (Pseudomonas aeruginosa, Enterobacter cloacae, Klebsiella pneumoniae и др.) в процессе лечения усугубляет течение патологического процесса [4]. С помощью стандартной антибактериальной терапии не всегда удается добиться полной элиминации возбудителя из очага. В связи с чем продолжается поиск новых методов и средств, позволяющих добиться положительных результатов в лечении данной категории пациентов.

В настоящее время в клинической практике широко используют метод фотодинамической терапии (ФДТ), основанный на применении фотосенсибилизаторов (ФС) и низкочастотного лазерного излучения [5-8]. В микробных клетках происходит образование синглетного кислорода и свободных радикалов, оказывающих на них токсическое воздействие [6]. Метод относится к малоинвазивным и нетоксичным в отношении здоровых клеток, что позволяет применять его в различных областях медицины: онкологии, гинекологии, отоларингологии и др. [9-22].

Так как наиболее частыми представителями микрофлоры ран больных хроническим остеомиелитом на сегодняшний день являются S. aureus и P. aeruginosa, изучение возможностей применения ФДТ в качестве альтернативного метода стандартной антибиотикотерапии при лечении данной категории пациентов можно считать актуальным.

Цель работы — оценить антибактериальный эффект в отношении штаммов Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa при использовании лазера АЛОД-01 в присутствии фотодитазина.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Материалом для исследования послужили суточные музейные культуры грамположительных и гра- мотрицательных микроорганизмов, принадлежащих к двум таксонам: Staphylococcus aureus (№ 25923), Pseudomonas aeruginosa (№ 27853).

Эксперимент проходил в два этапа. На первом оценивали влияние облучения светом с помощью лазерной установки АЛОД-01 («АЛКОМ медика», Россия) (длина волны (X) 660 нм, выходная мощность до 3Вт) на жизнеспособность микробных клеток в отсутствии препарата. Для этого на поверхность питательного агара (Агар Мюллера - Хинтона) в чашках Петри, засеянного газоном суточных культур исследуемых микроорганизмов с определенной концентрацией микробных клеток на 1 мл мясопептонного бульона (МПБ), воздействовали полупроводниковым лазером в течение установленного опытом времени. Параметры лазерного излучения и исходные концентрации суточных культур микроорганизмов представлены в таблице 1. Результат оценивали через 24 ч. по наличию или отсутствию роста в месте воздействия лазером.

На втором этапе в суспензию суточных культур исследуемых микроорганизмов добавляли раствор ФС c известной концентрацией. По истечении 30 мин. делали газон на поверхности питательного агара (Агар Мюллера - Хинтона) и воздействовали полупроводниковым лазером в течение установленного опытом промежутка времени с заданными параметрами излучения (табл. 2). Фотодитазин является фотосенсибилизатором второго поколения, предназначенным для флюоресцентной диагностики (ФД) и ФДТ злокачественных опухолей.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Воздействие светом с помощью лазерной установки на микробные клетки исследуемых культур в отсутствии фотодитазина не оказывало бактерицидного эффекта. На чашках Петри наблюдали сплошной рост микроорганизмов (табл. 3).

При воздействии лазером совместно с фотодитазином (концентрация 0,5-1,0 мг/мл) на S. aureus в течение 2 мин. при 200-300 Дж достигнут бактерицидный эффект в зоне действия пучка (табл. 4). Действие лазера носило локальный характер. По краям чашки наблюдали незначительный рост микробных клеток. Бактерицидный эффект на всей поверхности чашки Петри достигнут при световом воздействии в 400 Дж в течение 5 мин. и концентрацией ФС 1,0 мг/мл.

При действии лазера совместно с фотодитазином на микробные культуры P. aeruginosa в зависимости от режима излучения получены неоднозначные результаты. Так, воздействие лазера в течение двух мин. в присутствии фотодитазина в концентрации 0,5 мг/мл и 1 мг/мл не оказывало антибактериального эффекта. На чашке наблюдали сплошной рост микроорганизмов. Увеличение световой дозы и времени воздействия способствовало снижению роста микробных клеток (табл. 5). Бактерицидный эффект получен по центру чашки при обработке бактериальной суспензии фотодитазином в концентрации 5 мг/мл. По краям наблюдали единичные колонии.

Установлено, что полупроводниковый лазер АЛОД-01 вне зависимости от выбранного режима сам по себе не оказывал антибактериального эффекта. Использование лазера совместно с фотодитазином значительно уменьшало количество микробных клеток, а в отношении штаммов Staphylococcus aureus способствовало выраженному бактерицидному эффекту (концентрация фотодитазина — 1,0 мг/мл и дозы излучения 400 Дж, время воздействия — 2 мин). Для штаммов Pseudomonas aeruginosa не удалось найти режим, при котором рост микробных клеток отсутствовал на всей чашке. Однако использование фотодитазина в максимальной концентрации (5 мг/мл), времени воздействия лазера 5 мин. и дозы излучения 400 Дж способствовало точечной гибели микроорганизмов.

ОБСУЖДЕНИЕ

Существующая проблема распространения антибиотико-резистентных штаммов способствует поиску новых методик и лекарственных препаратов для лечения гнойных инфекций. В настоящее время ФДТ относится к перспективным направлениям [9, 12, 14-16, 20-24]. Важное преимущество этого метода перед антибиотикотерапией заключается в отсутствии токсичности фотосенсибилизаторов в отношении здоровых тканей [5, 12, 20].

Установлено, что эффективность ФДТ зависит от вида микроорганизма, анатомического местоположения очага инфекции, а также свойств фотосенсибилизатора и используемого лазера [8, 13-17, 24-30]. Механизмы, лежащие в основе действия лазерного облучения на бактериальные штаммы, до конца не изучены [5, 25]. Различная восприимчивость к фотодинамическим эффектам грамотрицательных и грамположительных бактерий связана со строением их клеточных стенок. Пептидогликановый слой бактериальной клеточной стенки S. aureus обладает гораздо более высокой проницаемостью (например, для антибиотиков), чем наружная мембрана грамотрицательных бактерий.

В одной из работ авторы изучали влияние лазера на рост метициллин-резистентного штамма золотистого стафилококка с использованием димегина. Показано, что с увеличением дозы фотовоздействия наблюдается бактериостатический эффект [31]. Другими авторами была доказана эффективность использования ФДТ с применением в качестве ФС фотодитазина в лечении воспалительных заболеваний суставов у детей и подростков [9]. Ю.Л. Чепурная с соавт. использовали ФДТ в лечении гнойных заболеваний кисти. Авторами отмечено заметное заживление послеоперационных ран тех пациентов, у которых применяли ФДТ [15]. Также разработана методика комбинированной антимикробной фотодинамической терапии в хирургии гнойных ран и доказана ее эффективность [8, 14,16, 32].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование показало, что музейные штаммы S. aureus могут быть успешно фотоинакти- вированы с применением фотодитазина. Фотодинамическая реакция возникает только при действии адекватных доз световой энергии на фотосенсибилизаторы в присутствии кислорода в среде, при этом фотодинамическое повреждение носит локальный характер, и бактерицидный эффект лимитируется зоной светового воздействия.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

Миронов С.П., Цискарашвили А.В., Горбатюк Д.С. Хронический посттравматический остеомиелит как проблема современной травматологии и ортопедии (обзор литературы). Гений ортопедии. 2019;25(4):610-621. doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-4-610-621

Трушин П.В., Разин М.П. Хронический остеомиелит трубчатых костей: современный взгляд на проблему. Вятский медицинский вестник. 2023;77(1):114-119. doi: 10.24412/2220-7880-2023-1-114-119

Дьячкова Г.В., Клюшин Н.М., Шастов А.Л. и др. Остеомиелитические полости, как форма хронического остеомиелита, с точки зрения рентгеноморфологии. Гений ортопедии. 2019;25(2):199-206. doi: 10.18019/1028-4427- 2019-25-2-199-206

Шипицына И.В., Осипова Е.В. Мониторинг ведущей грамположительной микрофлоры и ее антибиотикочувствительности у лиц с хроническим остеомиелитом за трехлетний период. Гений ортопедии. 2022;28(2):189- 193. doi: 10.18019/1028-4427-2022-28-2-189-193

Kwiatkowski S, Knap B, Przystupski D, et al. Photodynamic therapy - mechanisms, photosensitizers and combinations. BiomedPharmacother. 2018;106:1098-1107. doi: 10.1016/j.biopha.2018.07.049

Гельфонд М.Л., Рогачев М.В. Фотодинамическая терапия. Фундаментальные и практические аспекты: учебное пособие для обучающихся в системе высшего и дополнительного профессионального образования. СПб.: НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова; 2018:148.

Наумович С.А., Плавский В.Ю., Кувшинов А.В. Антимикробная фотодинамическая терапия: преимущества, недостатки и перспективы развития. Современная стоматология. 2020;(1):11-16.

Санарова Е. В., Ланцова А.В., Дмитриева М.В., и др. Фотодинамическая терапия - способ повышения селективности и эффективности лечения опухолей. Российский биотерапевтическийжурнал. 2014;13(3):109-118.

Елисеенко В.И., Шин Е.Ф., Сорокатый А.А. Морфологическая оценка фотодинамической терапии гнойных ран с фотосенсибилизатором комплектированными амфифильными полимерами. Госпитальная медицина: наука и практика. 2019;1:(1):49-52.

Семенов Д.Ю., Васильев Ю.Л., Дыдыкин С.С., и др. Антимикробная и антимикотическая фотодинамическая терапия (обзор литературы). Biomedical Photonics. 2021;10(1):25-31. doi: 10.24931/2413-9432-2021-10-1-25-31

Баранов А.В., Цыганова Г.И., Пименова Л.Я., Картусова Л.Н. Состояние научных исследований в области фотодинамической терапии в Российской Федерации в 2016-2017 гг. Лазерная медицина. 2018;22(3):44-49. doi: 10.37895/2071-8004-2018-22-3-44-49

Панасейкин Ю.А., Филоненко Е.В., Севрюков Ф.Е. и др. Возможности фотодинамической терапии при лечении злокачественных опухолей полости рта. Biomedical Photonics. 2021; 10(3):32-38. doi: 10.24931/2413-9432-2021-10- 3-32-38

Turubanova VD, Balalaeva IV, Mishchenko TA, et al. Immunogenic cell death induced by a new photodynamic therapy based on photosens and photodithazine. JImmunother Cancer. 2019;7(1):350. doi: 10.1186/s40425-019-0826-3

Раджабов А.А., Дербенев В.А., Исмаилов Г.И., Спокойный А.Л. Антибактериальная фотодинамическая терапия гнойных ран мягких тканей. Лазерная медицина. 2017;21(2):46-49. doi: 10.37895/2071-8004-2017-21-2-46-49

Чепурная Ю.Л., Мелконян Г.Г., Гульмурадова Н.Т., и др. Применение фотодинамической терапии в комплексном лечении гнойных заболеваний кисти. Biomedical Photonics. 2020;9(1):13-20. doi: 10.24931/2413-9432-2020-9- 1-13-20

Буравский А.В., Баранов Е.В., Третьяк С.И. Целесообразность использования комбинированной локальной светодиодной фототерапии в лечении пациентов с наружными раневыми дефектами. Медицинский журнал. 2016;1(55):86-92.

Игнатова Н.И., Елагин В.В., Будруев И.А., и др. Применение фотодинамической инактивации в отношении возбудителей инфекций мочевыводящих путей. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2022;24(4):395-400. doi: 10.36488/cmac.2022.4.395-400

Филоненко Е.В., Иванова-Радкевич В.И. Фотодинамическая терапия при акне. Biomedical Photonics. 2023;12(2):48- 53. doi: 10.24931/2413-9432-2023-12-2-48-56

Артемьева, Т.П., Церковский, Д.А. Фотодинамическая терапия при лейкоплакии вульвы. Biomedical Photonics. 2018;7(4):4-10. doi: 10.24931/2413-9432-2018-7-4-4-10

Rosa LP, da Silva F C. Antimicrobial photodynamic therapy: A new therapeutic option to combat infections. Antimicrobial Photodynamic Therapy: A New Therapeutic Option to Combat Infections. J Med Microb Diagn. 2014;3(4):1-7. doi: 10.4172/2161-0703.1000158

Лапченко А.С. Фотодинамическая терапия. Области применения и перспективы развития в оториноларингологии. Вестник оториноларингологии. 2015;80(6):4 9. doi: 10.17116/otorino20158064-9

Рында А.Ю., Олю шин В.Е., Ростовцев Д.М., и др. Применение интраоперационной фотодинамической терапии в структуре комплексного лечения злокачественных глиом. Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2023;87(1):25-34. doi: 10.17116/neiro20238701125

Megna M, Fabbrocini G, Marasca C, Monfrecola G. Photodynamic Therapy and Skin Appendage Disorders: A Review. Skin Appendage Disord. 2017;2(3-4):166-176. doi: 10.1159/000453273

Beltes C, Economides N, Sakkas H, Papadopoulou C, Lambrianidis T. Evaluation of Antimicrobial Photodynamic Therapy Using Indocyanine Green and Near-Infrared Diode Laser Against Enterococcus faecalis in Infected Human Root Canals.

PhotomedLaserSurg. 2017;35(5):264-269. doi: 10.1089/pho.2016.4100

Салеев Р.А., Блашкова С.Л., Крикун Е.В., Салеева Г.Т., Блашкова Ю.В., Валеева Е.В. Оптимизация антибактериальной терапии у пациентов с эндо-пародонтальными поражениями. Biomedical Photonics. 2021;10(1):17-24. doi: 10.24931/2413-9432-2021-10-1-17-24

Alves F, Carmello JC, Mima EGO, et al. Photodithazine-mediated antimicrobial photodynamic therapy against fluconazole-resistant Candida albicans in vivo. MedMycol. 2019;57(5):609-617. doi: 10.1093/mmy/myy083

Yanovsky RL, Bartenstein DW, Rogers GS, et al. Photodynamic therapy for solid tumors: A review of the literature. PhotodermatolPhotoimmunolPhotomed. 2019 Sep;35(5):295-303. doi: 10.1111/phpp.12489

de Oliveira BP, Aguiar CM, Camara AC. Photodynamic therapy in combating the causative microorganisms from endodontic infections. Eur J Dent. 2014;8(3):424-430. doi: 10.4103/1305-7456.137662

Николаева Н.А., Егорова А.В., Брилль Г.Е. Фотодинамическое воздействие лазерного излучения красной области спектра на рост метициллин-резистентного штамма золотистого стафилококка с использованием димеги- на.

Бюллетень медицинских интернет-конференций. 2017;7(1):268.

Маслакова Н.Д. Могилевец Э.В., Савосик А.Л. и др. Результаты применения нового метода комбинированной антимикробной фотодинамической терапии в хирургии гнойных ран. Военная медицина. 2016;3(40):60-63.

Информация об авторах:

Ирина Владимировна Шипицына — кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник,

Елена Сергеевна Спиркина — младший научный сотрудник

Теги: хронический остеомиелит
234567 Начало активности (дата): 19.11.2024
234567 Кем создан (ID): 989
234567 Ключевые слова: фотодинамическая терапия, фотодитазин, хронический остеомиелит, бактерицидный эффект
12354567899

Антибактериальное действие полупроводникового лазера в отношении бактерий S. aureus и P. aeruginosa, ведущих возбудителей остеомиелита