CC BY
67
THE FORMATION OF BIOFILM CANDIDA ALBICANS ON THE SURFACE OF THE MEDICAL CATHETERS: A STUDY IN VITRO
Sinetar E.A., Avdeeva L.V., Skoryk M.A., Brych O.I.
ФОРМУВАННЯ БІОПЛІВКИ CANDIDA ALBICANS НА ПОВЕРХНІ МЕДИЧНИХ КАТЕТЕРІВ: ДОСЛІДЖЕННЯ IN VITRO
СИНЕТАР Е.О., АВДЄЄВА Л.В., СКОРИК М.А., БРИЧ О.І.
ДУ "Інститут епідеміології та інфекційних хвороб ім. Л.В. Громашевського НАМН України", м. Київ, ТОВ "НаноМедТех", м. Київ
УДК 579.262.001.8:616089.819
Ключові слова: Candida albicans, силіконові, латексні катетери, біоплівка.
ині широко вивчається роль біоплівок у розвитку кате-терасоційованих інфекцій сечовивідних шляхів (КА ІСВШ). За даними зарубіжних дослідників, гриби роду Candida у відділеннях реанімації та інтенсивної терапії (ВРІТ) посідають третє місце серед збудників катетер-асоційованих інфекцій [4, 5]. Серед грибів роду Candida контамінація сечовивідних шляхів найчастіше зумовлена культурами С. albicans. Частота виділення С. albicans у відділеннях реанімації та інтенсивної терапії становить 48-63% [7].
Встановлено, що у разі тривалого використання сечових катетерів мікробні біоплівки виявляють у 100% випадків, при цьому у 72% у складі біо-плівки зустрічаються гриби роду Candida [3]. Утворення мікробних біоплівок на поверхні сечових катетерів спричиняє низку гострих та хронічних захворювань, які
важко піддаються лікуванню, часто рецидивують, оскільки збільшення маси біоплівки та її фрагментація призводять до виділення мікроорганізмів у сечу (планктонні форми), до розвитку асимптомних та симптомних КАІСВШ [6].
Слід відзначити, що фізико-хімічні властивості матеріалу, з якого виготовлений катетер, також можуть бути одним з факторів ризику інфікування. Нині для виготовлення катетерів найчастіше застосовують силіконові, латексні та полівінілхлоридні матеріали, проте єдиної думки щодо переваги використання певного виду катетера у конкретній клінічній ситуації немає [8].
Мета роботи: вивчення особливостей формування біоплівки дріжджоподібними грибами Candida albicans на сегментах силіконового та латексного катетерів.
Матеріали і методи. Вивчення процесів утворення
ФОРМИРОВАНИЕ БИОПЛЕНКИ CANDIDA ALBICANS НА ПОВЕРХНОСТИ МЕДИЦИНСКИХ КАТЕТЕРОВ: ИССЛЕДОВАНИЕ IN VITRO Синетар Э.А., Авдеева Л.В., Скорик Н.А., Брич О.И.
ГУ "Институт эпидемиологии и инфекционных болезней им. Л.В. Громашевского НАМН Украины", г. Киев,
ООО "НаноМедТех", г. Киев Цель: изучение особенностей формирования биопленки дрожжеподобными грибами Candida albicans на сегментах силиконового и латексного катетеров.
Методы: исследование проводили с применением бактериологических и электронно-микроскопических методов. Результаты. Процесс прикрепления клеток С. slbicans более выражен при инкубации сегментов в течение 24 ча^в на силиконовом катетере по сравнению с латексным. Формирование зрелой биопленки на сегментах силиконового катетера
наблюдали в течение 48 часов, тогда как на сегментах латексного катетера обнаружены единичные объединения свободно расположенных клеток С. аlbicans и отсутствие конгломератов в структуре биопленки.
Выводы. Установлено, что образование биопленки на сегментах силиконового и латексного катетеров зависит от продолжительности его контакта с бактериальной культурой С. аlbicans и от материала катетера.
Для кратковременной катетеризации мочевыводящих путей может быть рекомендовано применение латексного катетера, поскольку на его сегментах наблюдалось более медленное прикрепление клеток С. аlbicans по сравнению с силиконовым катетером.
Ключевые слова: Candida albicans, силиконовые, латексные катетеры, биопленка.
© Синетар Е.О., Авдєєва Л.В., СкорикМ.А., Брич О.І. СТАТТЯ, 2014.
№1 2014 Environment & Health 28
THE FORMATION OF BIOFILM CANDIDA ALBICANS ON THE SURFACE OF THE MEDICAL CATHETERS: A STUDY IN VITRO Sinetar E.A., Avdeeva L.V., Skoryk M.A., Brych O.l.
State Institution "The L.V. Gromashevsky institute
of epidemiology and infectious diseases of
NAMS of Ukraine", Kyiv
"NanoMedTech LLC", Kyiv
Aim. It was to study the characteristics of biofilm
formation of Candida albicans yeast fungi
on segments of silicone and latex catheters.
Methods. The study was performed
with the use of bacteriological and electron
microscopic methods.
Results. The process of attaching cells C. albicans more pronounced in segments incubated for 24 h. silicone catheter compared
with latex. Formation of mature biofilms on silicone catheter segments were observed for 48 h., while the latex catheter segments were found singly associations freely arranged cells C. albicans and lack of conglomerates in the structure of the biofilm.
Conclusions. It was established that the formation of biofilm on the segments of silicone and latex catheters depends on the duration of its contact with the bacterial culture of C. albicans and the type of catheter. For short-term catheterization of the urinary tract may be recommended to use latex catheter segments because it was observed slower attachment of cells C. albicans compared to silicone catheter.
Keywords: Candida albicans, silicone, latex catheters, biofilm.
біоплівки проводили з використанням штаму Candida albicans 11, який виділено з сечі хворого відділення реанімації та інтенсивної терапії (ВРІТ). Для дослідження біо-плівкоутворення C. albicans сегменти силіконових та латексних катетерів (виробник: Jiangsu Suyun Medical Materials Co., КНР) занурювали у попередньо приготовану у фізіологічному розчині завись C. albicans у концентрації 1,5х108 КУО/мл, яку встановлювали за допомогою денситометра DENSIMAT (BioMerieux, Франція ) і набору стандартів оптичної густини бактеріальних зависей McFarland. Після інкубації зазначених вище сегментів у термостаті при температурі 37оС за 24, 48, 72 годин їх забарвлювали розчином генці-ан-віолету, тричі промивали дистильованою водою і фіксували протягом 30 хв. 96% етиловим спиртом. Дослідження особливостей утворення біоплівки C. albicans на поверхні латексного та силіконового матеріалів проводили за допомогою скануючого електронного мікроскопа Tescan Mira 3 LMU. Традиційно при дослідженні таких зразків методами скануючої електронної мікроскопії (СЕМ) для запобігання локального накопичення заряду у ділянці, що досліджується, поверхня зразка покривається тонким шаром (15-20 нм) струмопровідного матеріалу (Au, Pt, C). Проте у даному експерименті було викори-
стано режими з низькою прискорюючою напругою. Це дозволило знизити рівень локального накопичення заряду поверхнею та отримати достатню просторову роздільну здатність для спостереження біоплівки та бактерій. Відмова від додаткових етапів про-бопідготовки (напилення струмопровідної плівки) дозволила запобігти появі суттєвих спотворень поверхні, що досліджувалася.
Результати та їх обговорення. Раніше нами було встановлено, що штам С. albicans характеризувався високою адгезивністю за значенням показника індексу адге-зивності мікроорганізмів (ІАМ складав 8,3±3,0). За результатами дослідження чутливості штаму до чотирьох протигрибкових препаратів з використанням автоматичного аналізатора VITEK 2-compact 15 та карт AST-YSO1 (вироб-
ИИШЙШИШІІІІІМЯІ
Рисунок 1
з
ШКЕЗЯІ
ÜN ■ •' МЯВ
гШШЁттЯЁЁшЁЁЁШЁШЁШ
шШЯюВш ! ч '
ИВУ
WÊÊSÊStËF1^
SEM HV: 1.0 kV WD: 16.45 mm І і і і, I i i ¡i I MIRA3 TESCA
View field: 81.3 pm Det: SE 20 |jm
SEM MAG: 3.55 kx NanoMedTech LLC
-о-
Рисунок 2
D2 = 2.9 pm
' • •. ' • ' ■ (; ?-■
1.4 pm yf'
У \ s ■
D5 = 3.6 |jm ( |
D1 = 2.5 pm
C'^/Y
i ('y- D3 = 3.0 [jm
. ' >r : ■ -V_t,í\V {
(y
SEM HV: 1.0 kV WD: 15.91 mm j
■ Del: SE
MIRAS TESCA
ництва BioMerieux, Франція) C. albicans був стійким до флуцитозину.
Відомо, що процес формування біоплівки розпочинається з прикріплення клітин С. аlbicans до поверхні сегментів силіконового та латексного катетерів. Прикріплення клітин Candida до субстрату (катетера) на початковому етапі забезпечується такими неспецифічними факторами, як гідрофобність поверхні та електростатичні сили. У подальшому відбувається клітинний поділ, проліферація та диференціація дріж-джоподібних клітин у гіфи [1].
Нами встановлено, що на поверхні та всередині силіконового катетера протягом 24 годин in vitro формуються основні структурні одиниці біоплівки — мікроколонії С. аlbicans, які складаються з острівців щільно об'єднаних дріжджоподібних клітин (рис. 1).
Щоправда, в окремих ділянках виявлено поодинокі та попарно розташовані клітини на поверхні та всередині сегментів катетера, тобто прос-
лідковувалася динаміка дальшого їх угруповання.
по-
Дослідження, проведені зарубіжними вченими, свідчать про однотипність структури біоплівок С. аlbicans, які утворюються у різних модельних системах in vitro та in vivo [2].
Загальна архітектура біоплівки може варіювати залежно від властивостей субстрату (хімічної природи матеріалу катетера), на якому вона розвивається, та умов росту [1]. Так, під час інкубації сегментів латексного катетера протягом 24 годин in vitro порівняно з силіконовим спостерігали менш виражений початковий етап прикріплення грибкових клітин до поверхні сегментів катетера (рис. 2).
Подальша інкубація сегментів силіконового катетера протягом 48 годин призводила до об'єднання вільно розташованих клітин С. аlbicans та утворення конгломератів у структурі біоплівки. У деяких ділянках між конгломератами залишаються окремі мікроколонії дріжджоподібних клітин (рис. 3). Водночас під час інкубації сегментів латексного катетера in vitro протягом 48 годин спостерігалося
зменшення проміжків між окремими утвореннями. Процес подальшого групування клітин С. аlbicans характеризувався злиттям близько розташованих клітин (рис. 4).
На кінцевому етапі інкубації сегментів латексного катетера протягом 72 годин спостерігається подальше об'єднання острівців клітин Candida, зменшення простору між окремими структурними елементами зрілої біоплівки, злиття конгломератів (рис. 5).
Під час інкубації сегментів силіконового катетера протягом 72 годин в окремих ділянках спостерігали фрагменти аутолізу клітин дріжджоподібних грибів. Можливо, їхні компоненти у подальшому слугують поживним субстратом для росту клітин спокою (рис. 6).
Висновки
1. Утворення біоплівки на сегментах силіконового та латексного катетерів залежить не лише від тривалості його контакту з бактеріальною культурою С. albicans, а
також від матеріалу, з якого вироблено катетер.
2. Мікроорганізми з високим ступенем адгезивності інтенсивно колонізують поверхні катетерів і формують виражену структуру біоплівки. За умов більш тривалої катетеризації підвищується ризик колонізації сечовивідних шляхів С. аlbicans і подальший розвиток інфекційних ускладнень.
3. Проведені дослідження дозволяють рекомендувати для короткотривалої (не більше 48 годин) катетеризації сечовивідних шляхів застосування латексного катетера, оскільки на його сегментах спостерігалося більш повільне прикріплення клітин С. а!-bicans порівняно з силіконовим катетером.
SEM HV: 1.0 kV . - - - . WD: 16.45 mm
View field: 572 fjm Det: SE
SEM MAG: 505 x
100 мт
NanoMedTech LLC
MIRA3 TESCAN
И
І І г*
ЛІТЕРАТУРА
1. Мавров И.И., Васильченко В.Н., Белозоров А.П. Биопленки и quorum sensing у микроорганизмов // Дерматологія та венерологія. —
2008. — № 1 (39). — С. 40-43.
2. Douglas L.J. Candida biofilms and their role in infection // Trends Microbiol. — 2003. —
11, № 1. — P. 30-36.
3. Пинегина О.Н., Сатур-нов А.В., Выборнова Г.Г. и др. Изучение видового состава микроорганизмов в биопленках на венозных и уретральных катетерах в отделениях реанимации и интенсивной терапии // Проблемы мед. микол. —
2009. — Т. 11, № 2. — С. 105.
4. Coogan M.M., Fidel P.L., Komesu M.C. et al. Candida and mycotic infections // Adv. Dent. Res. — 2006. — 19, № 1.
- P. 130-138.
5. De Cicco M., Campisi C. and Matovic M. Central venous catheter-related bloodstream infections: pathogenesis factors, new perspectives in prevention and early diagnosis // J. Vascus. Access. — 2003. —
4, № 1. — P. 83-91.
6. Trautner B.W., Darouiche R.O. Role of biofilm in catheter-associated urinary tract infection // Am. J. Infect. Control. — 2004. — 32, № 3. — Р. 177183.
7. Rangel-Frausto M. Wi-blin T, Blumberg H. National epidemiology of mycosis survey (NEMIS): variations in rates of bloodstream infections due to Candida species in seven surgical intensive care units and six neonatal intensive care units. [Text] // Clin. Infect. Dis.
— 1999;29. — Р 253-258.
8. Тенке П., Ковач Б., Йохансен Бьерклунд Т.Е. и др. Европейско-азиатские рекомендации по ведению пациентов с инфекциями, связанными с
уретральным катетером, и по профилактике катетер-ассо-циированных инфекций // Клинич. микробиология и антимикробная химиотерапия.
— 2008. — Т. 10, № 3. — C. 201-215.
REFERENCES
1. Mavrov I.I., Vasilchenko V.N., Belozorov A.P Biofilm formation and quorum sensing in microorganisms // Dermatolo-giya and venerologiya. — 2008.
— № 1 (39). — P. 40-43.
2. Douglas L.J. Candida biofilms and their role in infection // Trends Microbiol. — 2003. —
11, № 1. — P. 30-36.
3. Pinegina O.N., Saturnov A.V., Vybornova G.G. et al. The study of the species composition of microorganisms in biofilms on the venous and urethral catheters in intensive care units and intensive care // Problems J. Med. Mycol. — 2009. — V. 11, № 2. — P. 105.
4. Coogan M.M., Fidel P.L., Komesu M.C. et al. Candida and mycotic infections // Adv. Dent. Res. ? 2006. — 19, № 1.
— P. 130-138.
5. De Cicco M., Campisi C. and Matovic M. Central venous catheter-related bloodstream infections: pathogenesis factors, new perspectives in prevention and early diagnosis // J. Vascus. Access. — 2003. —
4, № 1. — P. 83-91.
6. Trautner B.W., Darouiche R.O. Role of biofilm in catheter-associated urinary tract infection // Am. J. Infect. Control. — 2004.— 32, № 3. — Р. 177-183.
7. Rangel-Frausto M. Wiblin T, Blumberg H. National epidemiology of mycosis survey (NEMIS): variations in rates of bloodstream infections due to Candida species in seven surgical intensive care units and six neonatal intensive care units. [Тех^ // Clin. Infect. Dis. 1999; 29. — Р. 253-258.
8. Tenke P., Kovach B., Johansen Bjerklund TE. et al. European and Asian guidelines for the management of patients with infections associated with urethral catheter, and for the prevention of catheter-related infections // Clinical. Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. — 2008. — T 10, № 3. — P. 201-215.
Надмшла до редакцп 15.09.2013.
