Научная статья на тему 'Применение антимикробной фотодинамической терапии на основе МЦ540 к модели раневой инфекции'

Применение антимикробной фотодинамической терапии на основе МЦ540 к модели раневой инфекции Текст научной статьи по специальности «Ветеринарные науки»

CC BY
438
129
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АНТИМИКРОБНАЯ ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ / ПОЛИРЕЗИСТЕНТНЫЙ КЛИНИЧЕСКИЙ ШТАММ PSEUDOMONAS AERUGINOSA / ИНФЕКЦИЯ КОЖИ И МЯГКИХ ТКАНЕЙ / ЗАЖИВЛЕНИЕ РАН / МЕРОЦИАНИН 540 / РАНЕВАЯ ИНФЕКЦИЯ / ANTIMICROBIAL PHOTODYNAMIC THERAPY / MULTIRESISTANT CLINICAL STRAIN / PSEUDOMONAS AERUGINOSA / SKIN INFECTION / SOFT TISSUE INFECTION / WOUND HEALING / MEROCYANINE 540 / WOUND INFECTION

Аннотация научной статьи по ветеринарным наукам, автор научной работы — Шмиголь Т. А., Собянин К. А., Прусак-глотов М. В., Щелыкалина С. П., Невежин Е. В.

Фотодинамическая терапия (ФДТ) является альтернативным методом лечения инфекций, позволяющим убивать лекарственно-устойчивые бактерии без повреждения ткани хозяина. В настоящем исследовании использован полирезистентный клинический штамм Pseudomonas aeruginosa PA21 ( P. aeruginosa ) в модели раневой инфекции на мышах для изучения влияния ФДТ (в водных растворах анионного фотосенсибилизатора Мероцианина 540 (МЦ540): в воде и 0,25 М NaCl) на бактериальную инактивацию и заживление ран. После проведения ФДТ гибель бактерий оценивали путем определения бактериологической нагрузки в ранах, процесс заживления ран контролировали прямым измерением штангенциркулем в двух проекциях, а также проведением патоморфологических исследований послойных срезов инфицированных ран. Полученные результаты показали, что ФДТ в присутствии МЦ540 в растворе хлорида натрия (но не МЦ540 в воде) способна вызывать гибель бактерии, препятствовать их восстановлению и значительно ускорять процесс заживления ран.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по ветеринарным наукам , автор научной работы — Шмиголь Т. А., Собянин К. А., Прусак-глотов М. В., Щелыкалина С. П., Невежин Е. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE USE OF ANTIMICROBIAL PHOTODYNAMIC THERAPY MEDIATED BY MC540 IN THE INFECTED WOUND MODEL

Photodynamic therapy (PDT) is an alternative to conventional therapies of infections. It can kill drug-resistant bacteria without damaging host tissues. In the present work we use the multiresistant strain PA21 of Pseudomonas aeruginosa to model a wound infection in mice and study the effect of PTD mediated by aqueous solutions of the anionic photosensitizer merocyanine 540 (solubilized in water and in 0.25 M sodium chloride) on bacterial decontamination and wound healing. To assess a therapeutic effect of PDT, we monitored bacterial contamination of the wound, measured the wound size in two planes using a caliper and carried out a histopathological examination of infected tissue sections. Our study reveals that PDT mediated by MC540 in the sodium chloride solution can induce bacterial death, inhibit bacterial re-growth and accelerate wound healing.

Текст научной работы на тему «Применение антимикробной фотодинамической терапии на основе МЦ540 к модели раневой инфекции»

ПРИМЕНЕНИЕ АНТИМИКРОБНОЙ ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ НА ОСНОВЕ МЦ540 К МОДЕЛИ РАНЕВОЙ ИНФЕКЦИИ

Т. А. Шмиголь1^, К. А. Собянин2, М. В. Прусак-Глотов1, С. П. Щелыкалина3, Е. В. Невежин3, С. А. Ермолаева4, В. В. Негребецкий1

1 Отдел медицинской химии и токсикологии, Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н. И. Пирогова, Москва

2 Лаборатория биологических испытаний, Институт трансляционной медицины, Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н. И. Пирогова, Москва

3 Кафедра медицинской кибернетики и информатики, медико-биологический факультет, Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н. И. Пирогова, Москва

4 Лаборатория экологии возбудителей инфекций, Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи, Москва

Фотодинамическая терапия (ФДТ) является альтернативным методом лечения инфекций, позволяющим убивать лекарственно-устойчивые бактерии без повреждения ткани хозяина. В настоящем исследовании использован полирезистентный клинический штамм Pseudomonas aeruginosa PA21 (P. aeruginosa) в модели раневой инфекции на мышах для изучения влияния ФДТ (в водных растворах анионного фотосенсибилизатора Мероцианина 540 (МЦ540): в воде и 0,25 М NaCl) на бактериальную инактивацию и заживление ран. После проведения ФДТ гибель бактерий оценивали путем определения бактериологической нагрузки в ранах, процесс заживления ран контролировали прямым измерением штангенциркулем в двух проекциях, а также проведением патоморфологических исследований послойных срезов инфицированных ран. Полученные результаты показали, что ФДТ в присутствии МЦ540 в растворе хлорида натрия (но не МЦ540 в воде) способна вызывать гибель бактерии, препятствовать их восстановлению и значительно ускорять процесс заживления ран.

Ключевые слова: антимикробная фотодинамическая терапия, полирезистентный клинический штамм Pseudomonas aeruginosa, инфекция кожи и мягких тканей, заживление ран, мероцианин 540, раневая инфекция

Финансирование: исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 16-33-00970 мол_а.

Для корреспонденции: Татьяна Анатольевна Шмиголь

ул. Островитянова, д. 1, г. Москва, 117997; [email protected]

Статья получена: 20.01.2018 Статья принята к печати: 23.03.2018 DOI: 10.24075/vrgmu.2018.011

THE USE OF ANTIMICROBIAL PHOTODYNAMIC THERAPY MEDIATED BY MC540 IN THE INFECTED WOUND MODEL

Shmigol TA1^, Sobianin KA2, Prusak-Glotov MV1, Shchelykalina SP3, Nevezhin EV3, Yermolaeva SA4, Negrebetsky VadV1

1 Department of Medicinal Chemistry and Toxicology, Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow

2 Laboratory of Biological Research. Institute for Translational Medicine, Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow

3 Department of Medical Cybernetics and Informatics, Biomedical Faculty, Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow

4 Laboratory for the Ecology of Pathogens, Gamaleya Federal Research Center for Epidemiology and Microbiology, Moscow

Photodynamic therapy (PDT) is an alternative to conventional therapies of infections. It can kill drug-resistant bacteria without damaging host tissues. In the present work we use the multiresistant strain PA21 of Pseudomonas aeruginosa to model a wound infection in mice and study the effect of PTD mediated by aqueous solutions of the anionic photosensitizer merocyanine 540 (solubilized in water and in 0.25 M sodium chloride) on bacterial decontamination and wound healing. To assess a therapeutic effect of PDT, we monitored bacterial contamination of the wound, measured the wound size in two planes using a caliper and carried out a histopathological examination of infected tissue sections. Our study reveals that PDT mediated by MC540 in the sodium chloride solution can induce bacterial death, inhibit bacterial re-growth and accelerate wound healing.

Keywords: antimicrobial photodynamic therapy, multiresistant clinical strain, Pseudomonas aeruginosa, skin infection, soft tissue infection, wound healing, merocyanine 540, wound infection

Funding: this study was supported by the Russian Foundation for Basic Research (Project ID 16-33-00970 mol_a).

gg Correspondence should be addressed: Tatiana Shmigol Ostrovityanova 1, Moscow, 117997; [email protected]

Received: 20.01.2018 Accepted: 23.03.2018

DOI: 10.24075/brsmu.2018.011

Кожа служит физическим барьером и первой линией защиты организма от окружающих патогенов. При повреждении кожного покрова в ране может развиться инфекция и остановить процесс заживления раны, приведя к увеличению риска заболеваемости и даже смертности. Открытие антибиотиков произвело революцию в лечении инфекций, но наблюдающееся в последнее время увеличение резистент-

ности к антибиотикам среди патогенных бактерий диктует необходимость поиска новых альтернативных методов лечения локализованных инфекций. Одним из таких методов стала ФДТ, которая ранее успешно применялась в лечении онкологии [1-3], а недавно была предложена для лечения бактериальных инфекций [4-7]. Суть антимикробной ФДТ заключается в местном применении в

инфицированной ткани нетоксичного красителя — фотосенсибилизатора (ФС) с последующим воздействием монохроматическим светом с длинной волны, к которой чувствителен ФС [8-9]. Под действием света ФС активируется, генерируя свободные радикалы и/или синглетный кислород, губительные для инфекционных агентов.

Цель настоящего исследования заключалась в изучении влияния ФДТ с использованием анионного ФС МЦ540 в модели раневой инфекции на животных на бактериальную инактивацию и на процесс заживления ран. Мыши линии BALB/c были инфицированы полирезистентным клиническим штаммом Pseudomonas aeruginosa PA21. Инактивацию бактерий оценивали путем определения бактериологической нагрузки в ранах, процесс заживление ран контролировали прямым измерением штангенциркулем в двух проекциях, а также проведением патоморфологических исследований послойных срезов инфицированных ран.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Фотосенсибилизатор

Маточный раствор МЦ540 (Sigma-Aldrich, Швейцария) в концентрации 1*10-3 M готовили в 96% этаноле в день проведения опыта. Концентрацию МЦ540 определяли спектрофотометрически с использованием коэффициента экстинкции е500 = 63 000 М-1см-1 в воде. В рабочих растворах концентрация МЦ540 составляла 25 мкМ, которую получали путем разведения маточного раствора МЦ540 (1 х10-3 M) водой или 0,25 М раствором NaCl (ACROS, США).

Культуры клеток микроорганизмов

В работе использовали полирезистентный клинический штамм Pseudomonas aeruginosa PA21 из коллекции микроорганизмов ФГБУ ФНИЦ эпидемиологии и микробиологии имени Н. Ф. Гамалеи.

P. aeruginosa инкубировали в течение ночи при 37 °C в питательном бульоне Brain Heart Infusion (BHI «Difco», США), разводили в свежей питательной среде 1:100, растили до оптической плотности (OD600), равной 1, что соответствует концентрации 109 КОЕ/мл. Далее культуру дважды отмывали фосфатно-солевым буфером (pH = 7,4) (Экосервис, Россия) и аликвотами по 50 мкл наносили на рану.

Бактериальная нагрузка ран

Отбор материала производили по следующей методике: при помощи ватных тампонов получали мазок непосредственно с поверхности раны. Далее тампон помещали в пробирку с 0,9 мл физиологического раствора, из которого в последующем готовили серийные разведения 1:10, 1:100, 1:1000. Каждое разведение высевали на две чашки с агаризованной средой (BHI «Difco», США), подсчет колоний проводили через 24 ч, результаты выражали в колоние-

образующих единицах (КОЕ), а именно в десятичном логарифме, взятом от количества КОЕ.

Антимикробная фотодинамическая терапия

Манипуляции во время проведения экспериментов выполняли с соблюдением правил асептики и антисептики с использованием щадящей методики обезболивания. Все исследования проводили с соблюдением правил биоэтики и международных принципов и требований «Европейской конвенции по защите позвоночных животных» (Страсбург, март 1986 г.) и Хельсинской декларации о гуманном отношении к животным.

В исследовании использовали мышей BALB/c 6-8 недель и весом 17-21 г. За сутки до проведения ФДТ на спине животных выбривали участок кожи площадью 2 см2 и затем перманентным маркером намечали контур будущей раны. Перед формированием раны животным давали ингаляционный наркоз (изофлуран). Поверхность кожи дважды обрабатывали антисептиком, наносили рану округлой формы 1,5 см в диаметре, иссекали кожу, подкожную клетчатку и фасцию до мышц. Далее на рану наносили аликвоту объемом 50 мкл, содержащую суспензию бактерий (P. aeruginosa) в концентрации 107 КОЕ/мл. Через 6 ч после инокуляции бактерий проводили ФДТ.

Животных разделили на 4 группы (табл. 1). Мыши из группы А (n = 18) служили в качестве абсолютного контроля, не получая никакого лечения; мыши из группы Б (n = 18) служили в качестве светового контроля и для лечения инфицированной раны облучались монохроматическим светом с длиной волны 530 нм и временем экспозиции 5 мин; мыши группы В (n = 18) получали ФДТ в присутствии 25 мкМ водного раствора МЦ540 с облучением монохроматическим светом с длиной волны 530 нм и временем экспозиции 5 мин; мыши группы Г (n = 18) получали ФДТ в 25 мкМ водном растворе МЦ540 в присутствии 0,25 М NaCl с облучением монохроматическим светом с длиной волны 530 нм и временем экспозиции 5 мин. Из каждой группы было оставлено по 3 животных для наблюдения за долгосрочными эффектами (36 сут.).

Мышей обрабатывали локально 50 мкл раствора 25 мкМ в 0,25 M NaCl, с экспозицией без облучения в течение 5 мин. Обработанные очаги были освещены светом с длиной волны 530 нм, обеспечивающим 2 мВт/см2 в течение 5 мин, что соответствует общей дозе 6 Дж/см2.

Гистология

Биологический материал фиксировали в буферном растворе 10%-го формалина. Фиксированные образцы заключали в парафин. Срезы толщиной 3-7 мкм окрашивали гематоксилин-эозином и использовали для микроструктурного анализа и морфометрических наблюдаемых процессов. Морфометрические данные были получены с помощью микроскопа-анализатора AxioimagerA-2 (Carl Zeiss, Германия).

Таблица 1. План исследования на животных

Группа Количество животных Бактерии Лечение

Группа А: абсолютный контроль 18 P. aeruginosa Без лечения

Группа Б: световой контроль 18 P. aeruginosa Свет (6 Дж/см2; А = 530 нм)

Группа В: ФДТ + МЦ540 18 P. aeruginosa МЦ540 + Свет (6 Дж/см2; А = 530 нм)

Группа Г: ФДТ + МЦ540 + 0,25 M Naa 18 P. aeruginosa МЦ540 + 0,25 M NaCl + Свет (6 Дж/см2; А = 530 нм)

Заживление раневого дефекта

Статистика

При наблюдении за состоянием раневых дефектов оценивали наличие признаков воспаления, характер и количество раневого отделяемого и т. д. Измерение ран с помощью линейки и штангенциркуля в двух проекциях осуществляли за 1 ч до проведения ФДТ на 2-е, 4-е, 7-е и 14-е сут. Для выявления характера течения репаративных процессов в исследуемых группах животных вычисляли следующие показатели динамики заживления экспериментальных ран:

1. Показатель изменения площади раневой поверхности в динамике (ДБ, %):

(Б0 - Бп)х100

где Б0 — исходная площадь раны, Бп — площадь раны на п-е сутки.

2. Относительная скорость уменьшения площади раневого дефекта ^заж, %/сутки):

(Бо - Бп)х100%

Бохп

где Б0 — исходная площадь раны, Бп — площадь раны на п-е сутки, п — порядковый номер суток эксперимента.

3. Показатель скорости эпителизации раны ^эпит., мм2 / сутки):

Б- Б

0 п

T

где S0 — исходная площадь раны, Sn — площадь раны на n-е сутки, Т — число суток между измерениями.

Все цифровые данные обрабатывали с использованием компьютерной программы Universlab DeskTer River V3.3.3269

Рассчитывали средние значения определяемых величин и стандартную ошибку среднего: SEM = -jn , где s — выборочное среднее квадратичное отклонение.

РЕЗУЛЬТАТЫ

На следующие сутки после моделирования ран и проведения ФДТ общее состояние животных можно было оценить как удовлетворительное. Животные были активны, слизистые оболочки без видимых изменений, шерстный покров гладкий. Раны у всех животных имели признаки развивающегося нагноения. Наиболее выраженное нагноение наблюдалось в контрольных группах.

Бактериальная нагрузка

Одним из значимых критериев оценки эффективности проведенного лечения гнойных ран мягких тканей является микробиологическое исследование. Определение бактериальной нагрузки производилось до начала проведения лечения, через 48, 96 и 168 ч после ФДТ. Количественные показатели бактериальной нагрузки ран представлены в табл. 2.

Через 6 ч после инфицирования перед ФДТ исходная контаминация ран во всех группах животных была одинаковой и составила 5,03 ± 0,04х106 КОЕ/мл.

В опытных группах В (ФДТ индуцированная МЦ540 в воде) и Г (ФДТ индуцированная МЦ540 в растворе натрия хлорида) через 48 ч после проведения ФДТ количество P. aeruginosa уменьшилось на 102 и 103 КОЕ/мл соответственно.

Таблица 2. Изменение бактериальной нагрузки ран, КОЕ/мл

Время после проведения ФДТ

Группа 0 ч 48 ч 96 ч 168 ч

Группа А 5,00 х 106 1,5 х 105 1,7 х 105 1,4 х 104

Группа Б 4,95 х 106 1,2 х 105 1,6 х 105 1,0 х 104

Группа В 5,01 х 106 2,0 х 104 0,7 х 102 Не высевалось

Группа Г 5,15 х 106 1,5 х 103 Не высевалось Не высевалось

Таблица 3. Морфометрический анализ состояния ремоделирования внутрираневого матрикса у мышей линии BALB/c

Показатель изменения площади раневой поверхности в динамике, ÄS

Время после проведения ФДТ, сут.

Группа 2-е сут. 4-е сут. 7-е сут. 14-е сут.

Группа А 11,11 ± 0,37 25,00 ± 0,82 41,11 ± 1,36 84,43 ± 3,78

Группа Б 13,55 ± 0,45 32,22 ± 1,39 50,01 ± 1,65 85,30 ± 3,75

Группа В 16,66 ± 0,53 40,02 ± 2,17 48,33 ± 1,76 93,31 ± 1,89

Группа Г 30,01 ± 2,33 55,55 ± 3,61 67,77 ± 4,75 94,77 ± 4,17

Относительная скорость уменьшения дефекта, узаж

Время после проведения ФДТ, сут.

Группа 2-е сут. 4-е сут. 7-е сут. 14-е сут.

Группа А 5,55 ± 0,18 6,25 ± 0,21 5,87 ± 0,19 6,03 ± 0,12

Группа Б 7,50 ± 0,25 10,51 ± 0,35 7,14 ± 0,24 5,95 ± 0,13

Группа В 8,33 ± 0,29 10,00 ± 0,87 6,90 ± 0,77 5,92 ± 0,28

Группа Г 15,01 ± 0,16 13,88 ± 1,91 9,68 ± 1,01 7,33 ± 0,45

Сравнительная характеристика течения инфицированных раневых дефектов

Сравнительный анализ результатов наблюдения характеристик течения раневых дефектов в экспериментальных группах позволил установить межгрупповые различия динамики заживления раневых дефектов по показателю ДБ (табл. 3).

Анализ полученных данных показал, что значения ДБ контрольных групп А и Б достоверно меньше (р < 0,05) соответствующих показателей опытных групп В и Г на всех этапах проведения эксперимента (исключение составило отсутствие значимых различий с результатом группы Б и В на 7-е сут.).

Сравнительный анализ скоростей заживления раневых дефектов в динамике выявил значимые внутригрупповые различия показателей vзаж (см. табл. 3). Из полученных данных видно, что наибольшая скорость заживления наблюдается в группе Г, а в остальных группах на протяжении 14 сут., показатели vзаж находились на достаточно стабильном уровне (р > 0,05). Отметим, что скорость заживления к 14 сут. снижается и становится практически одинаковой для всех групп.

Нами выявлены существенные изменения, а также межгрупповые различия показателей скорости эпителиза-ции раневых дефектов ^эпит) в процессе проведения эксперимента (табл. 4).

Максимальные значения скорости эпителизации ^эпит) в интервале 4-7 сутки были отмечены в группе Г (р < 0,05 во всех случаях), к 14 сут. скорость эпителизации во всех группах снижалась.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

В первые 48 ч в ране происходят изменения, характеризующиеся формированием кровяного сгустка. В основе сгустка лежит фибрин, который формирует струп с выпотом экссудата и клеточных элементов с преобладанием нейтрофилов. Наступает лизис форменных элементов крови с формированием всех признаков гнойного воспаления (рис. 1 А).

Под лизирующимся струпом бурно разрастается молодая соединительная ткань в основе которой выявляются многочисленные тонкостенные капилляры, синусы, лакуны, заполненные большим количеством крови (рис. 1 Б). Со временем (4-7 сут.) вновь образованная соединительная ткань превращается в рубцовую, порой гиализированную и даже петрифицированную (рис. 1 Е). Даже неглубоко расположенные такие инфильтраты вызывают контрактуры, и, следовательно, приводят к неподвижности кожи.

В это же время в гистологических препаратах выявлялось медленное (24-48 ч), а затем бурное размножение базальных клеток эпидермиса с нарастающей его керати-низацией. Разрастаясь и дифференцируясь, эпидермис постепенно закрывает дефект кожи (табл. 4, рис. 1 Д). Синтетические процессы в ране проходят равнонаправ-ленно, но с определенным сдвигом во времени. На эти

Таблица 4. Морфофункциональная динамика репаративного эпителиального покрова инфицированных ран мышей линии ВА1_В/с

Скорость эпителизации раны, уэпит

Время после проведения ФДТ, дни

Группа 2-е сут. 4-е сут. 7-е сут. 14-е сут.

Группа А 1,07 ± 0,04 5,17 ± 0,23 15,69 ± 1,18 6,33 ± 1,05

Группа Б 2,24 ± 0,07 6,19 ± 0,27 16,07 ± 0,82 6,41 ± 1,16

Группа В 2,63 ± 0,09 5,41 ± 0,24 14,31 ± 0,45 6,09 ± 1,24

Группа Г 3,52 ± 0,11 8,01 ± 0,35 16,94 ± 0,86 8,11 ± 1,53

Рис 1. Микроструктура инфицированных ран кожи мышей после ФДТ. Окраска: гематоксилин-эозин. (А) Молодая грануляционная ткань раны на 4-е сут., х150. (Б) Гиперемия сосудов и отек тканей микрососудистого русла на 4-е сут., *350. (В) «Заболоченность» кровью мышечной ткани раны на 4-е сут., *250. (Г) Фрагменты мышечной ткани в состоянии внутриклеточной регенерации на 7-е сут., *450. (Д) Эпителизация и рубцевание ран на 14-е сут., *150. (Е) Гиа-линоз и петрификация внутренней рубцовой ткани на 36-е сут., *150

процессы влияет много факторов, в том числе заданные экспериментом (табл. 3 и 4, рис. 1).

Обилие крови, усиленная оксигенация и обилие ферментативных процессов в ране, возникающие со временем, усиливают процесс неполной репаративной регенерации. Протекающий процесс вызывает даже внутриклеточную регенерацию миосателлитов (табл. 3 и 4, рис 1 Г).

Таким образом, микроструктурный анализ хорошо коррелирует с полученными данными (табл. 2-4, рис. 1) и указывает на бурное заживление ран за счет активного роста, дифференцировки и созревания микрососудистого русла с формированием грануляционной ткани, а также усиленной эпителизации раневого дефекта.

ОБСУЖДЕНИЕ

В исследованиях in vitro ранее нами было показано, что в случае ФДТ МЦ540 в присутствии 0,25 М NaCl инактивация P. aeruginosa возрастает в 10 раз по сравнению с ФДТ МЦ540 в воде [10]. Наблюдаемый эффект был объяснен разной степенью агрегации МЦ540 в воде и в присутствии соли. В воде МЦ540 находится как в мономерной, так и димерной формах [11], из которых только мономерная форма способна генерировать активные формы кислорода, в первую очередь — синглетный кислород [12, 13]. В солевых растворах МЦ540 образует крупные кристал-лоподобные агрегаты, способные к генерации свободных радикалов [14-17].

Представленные в настоящем исследовании данные на животных моделях убедительно подтвердили ранее полученные данные in vitro по следующим показателям: гибель бактерий, препятствование их восстановлению и ускорение процесса заживления ран.

Действительно, согласно представленным в табл. 2 данным, после проведенной ФДТ с МЦ540 в растворе хлорида натрия полное очищение раны от полирезистентного штамма P. aeruginosa происходит к 4 сут., тогда как при проведении ФДТ с МЦ540 в воде аналогичные изменения наблюдались лишь на 7-е сут.

Морфометрические данные (табл. 3) подтверждают лучшую эффективность агрегатов МЦ540 по сравнению с его мономерами и димерами в отношении скорости за-

живления раневого дефекта и уменьшения его площади. Так, к 4 сут. площадь раневого дефекта у животных из группы Г уменьшилась на 45%, в то время как для группы В эта величина составляет 60%, что близко к показателям группы Б (68%).

Наблюдаемые изменения относительной скорости уменьшения дефекта (табл. 3) в случае группы А имеют практически линейную зависимость (с учетом среднеквадратичного отклонения), для групп Б-В — параболическую с максимумом на 4-е сут., а для группы Г — экспоненциальную. Для животных всех исследованных групп на 14-е сутки наблюдалось снижение скорости заживления. Полученные данные согласуются с описанным ранее изменением показателя площади раневой поверхности (табл. 3).

Регенерация эпителиального покрова ран происходит значительно быстрее, и становиться ярко выраженной уже на 4-е сут. в группе Г (см. табл. 4), в отличии не только от контроля, но и группы, получившей лечение на основе ФДТ с МЦ540 в воде.

Микроструктурный анализ хорошо коррелирует с полученными данными (табл. 2-4, рис. 1) и указывает на бурное заживление ран за счет активного роста, дифференциров-ки и созревания микрососудистого русла с формированием грануляционной ткани, а также усиленной эпителизации раневого дефекта. Однако, хотя процессы заживления, а также очищения раны от патогенных бактерий происходили намного быстрее в случае применения ФДТ с МЦ540 в растворе хлорида натрия, сам процесс происходит «жестче» с расплавлением фибрина и образованием фибрино-ида. Для ФДТ с МЦ540 в воде процесс заживления проходит медленнее, «мягче» и без активного образования фибриноида.

ВЫВОДЫ

Согласно данным, полученным в модели раневой инфекции на мышах, ФДТ с МЦ540 в растворе хлорида натрия способна намного эффективнее вызывать гибель бактерий, препятствовать их последующему восстановлению и значительно ускорять процесс заживления ран, по сравнению с контрольными группами и ФДТ с МЦ540 в воде.

Литература

1. Fakayode OJ, Tsolekile N, Songca SP, Oluwafemi OS. Applications of functionalized nanomaterials in photodynamic therapy. Biophys. 2018; 2. doi: 10.1007/s12551-017-0383-2.

2. Rundle P. Photodynamic Therapy for Eye Cancer. Biomedicines. 2017; 5 (4): 69.

3. Meimandi M, Talebi Ardakani MR, Esmaeil Nejad A, Yousefnejad P, Saebi K, Tayeed MH. The Effect of Photodynamic Therapy in the Treatment of Chronic Periodontitis: A Review of Literature. J Lasers Med Sci. 2017; 8 (1): 7-11.

4. Demidova TN, Hamblin MR. Photodynamic therapy targeted to pathogens. Int J Immunopathol Pharmacol. 2004; 17: 245-54.

5. Hamblin MR, Hasan T. Photodynamic therapy: a new antimicrobial approach to infectious disease? Photochem Photobiol Sci. 2004; 3: 436-50.

6. Hamblin MR. Antimicrobial photodynamic inactivation: a bright new technique to kill resistant microbes. Curr Opin Microbiol. 2016; 33: 67-73.

7. Neundorf I. Reinhardt A. Design and Application of Antimicrobial Peptide Conjugates. Int J Mol Sci. 2016; 17 (5): 701.

8. Joseph B, Janam P, Narayanan S, Anil S. Is Antimicrobial

Photodynamic Therapy Effective as an Adjunct to Scaling and Root Planing in Patients with Chronic Periodontitis? A Systematic Review Biomolecules. 2017; 7 (4): 79.

9. Liu CC, Zhao JJ, Zhang R1, Li H, Chen B, Zhang LL et al. Multifunctionalization of graphene and graphene oxide for controlled release and targeted delivery of anticancer drugs. Am J Transl Res. 2017; 9 (12): 5197-219.

10. Шмиголь Т. А., Бехало В. А., Сысолятина Е. В., Нагурская Е. В., Ермолаева С. А., Потапенко А. Я. Влияние хлорида натрия на агрегацию мероцианина 540 и фотосенсибилизированную инактивацию Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus. Acta Naturae. 2011: 112-118.

11. Bilski P, McDevitt T, Chignell CF. Merocyanine 540 solubilized as an ion pair with cationic surfactant in nonpolar solvents: spectral and photochemical properties. Photochem Photobiol. 1999; 69 (6): 671-676.

12. Levard C, Hotze EM, Lowry GV, Brown GE Jr. Environmental transformations of silver nanoparticles: impact on stability and toxicity. Environ Sci Technol. 2012; 3; 46 (13): 6900-14.

13. Kepczynski M, Dzieciuch M, Nowakowska M. Nano-structural

hybrid sensitizers for photodynamic therapy. Curr Pharm Des. 2012; 18 (18): 2607-21.

14. Ragàs X, Xin He, Agut M, Roxo-Rosa M, Rocha Gonsalves A, Arménio C. Serra et al. Singlet Oxygen in Antimicrobial Photodynamic Therapy: Photosensitizer-Dependent Production and Decay in E. coli. Molecules. 2013; 18 (3): 2712-25.

15. Yin R, Dai T, Avci P, Jorge AE, de Melo WC, Vecchio DH. et al. Light based anti-infectives: ultraviolet C irradiation, photodynamic therapy, blue light, and beyond. Curr Opin Pharmacol. 2013; 13: 731-62.

16. Vatansever F, de Melo WC, Avci P, et al. 2013. Antimicrobial strategies centered around reactive oxygen species — Bactericidal antibiotics, photodynamic therapy, and beyond. FEMS Microbiol Rev. 2013; 37 (6): 955-89.

17. Avci P, Erdem SS, Hamblin MR. Photodynamic Therapy: One Step Ahead with Self-Assembled Nanoparticles J Biomed Nanotechnol. 2014; 10 (9): 1937-52.

References

1. Fakayode OJ, Tsolekile N, Songca SP, Oluwafemi OS. Applications of functionalized nanomaterials in photodynamic therapy. Biophys. 2018; 2. doi: 10.1007/s12551-017-0383-2.

2. Rundle P. Photodynamic Therapy for Eye Cancer. Biomedicines. 2017; 5 (4): 69.

3. Meimandi M, Talebi Ardakani MR, Esmaeil Nejad A, Yousefnejad P, Saebi K, Tayeed MH. The Effect of Photodynamic Therapy in the Treatment of Chronic Periodontitis: A Review of Literature. J Lasers Med Sci. 2017; 8 (1): 7-11.

4. Demidova TN, Hamblin MR. Photodynamic therapy targeted to pathogens. Int J Immunopathol Pharmacol. 2004; 17: 245-54.

5. Hamblin MR, Hasan T. Photodynamic therapy: a new antimicrobial approach to infectious disease? Photochem Photobiol Sci. 2004; 3: 436-50.

6. Hamblin MR. Antimicrobial photodynamic inactivation: a bright new technique to kill resistant microbes. Curr Opin Microbiol. 2016; 33: 67-73.

7. Neundorf I. Reinhardt A. Design and Application of Antimicrobial Peptide Conjugates. Int J Mol Sci. 2016; 17 (5): 701.

8. Joseph B, Janam P, Narayanan S, Anil S. Is Antimicrobial Photodynamic Therapy Effective as an Adjunct to Scaling and Root Planing in Patients with Chronic Periodontitis? A Systematic Review Biomolecules. 2017; 7 (4): 79.

9. Liu CC, Zhao JJ, Zhang R1, Li H, Chen B, Zhang LL et al. Multifunctionalization of graphene and graphene oxide for controlled release and targeted delivery of anticancer drugs. Am J Transl Res. 2017; 9 (12): 5197-219.

10. Shmigol TA, Behalo VA, Syisolyatina EV, Nagurskaya EV, Ermolaeva SA, Potapenko AYa. Vliyanie hlorida natriya na

agregatsiyu merotsianina 540 i fotosensibilizirovannuyu inaktivatsiyu Pseudomonas aeruginosa i Staphylococcus aureus. Acta Naturae. 2011: 112-118.

11. Bilski P, McDevitt T, Chignell CF. Merocyanine 540 solubilized as an ion pair with cationic surfactant in nonpolar solvents: spectral and photochemical properties. Photochem Photobiol. 1999; 69 (6): 671-676.

12. Levard C, Hotze EM, Lowry GV, Brown GE Jr. Environmental transformations of silver nanoparticles: impact on stability and toxicity. Environ Sci Technol. 2012; 3; 46 (13): 6900-14.

13. Kepczynski M, Dzieciuch M, Nowakowska M. Nano-structural hybrid sensitizers for photodynamic therapy. Curr Pharm Des. 2012; 18 (18): 2607-21.

14. Ragàs X, Xin He, Agut M, Roxo-Rosa M, Rocha Gonsalves A, Arménio C. Serra et al. Singlet Oxygen in Antimicrobial Photodynamic Therapy: Photosensitizer-Dependent Production and Decay in E. coli. Molecules. 2013; 18 (3): 2712-25.

15. Yin R, Dai T, Avci P, Jorge AE, de Melo WC, Vecchio DH. et al. Light based anti-infectives: ultraviolet C irradiation, photodynamic therapy, blue light, and beyond. Curr Opin Pharmacol. 2013; 13: 731-62.

16. Vatansever F, de Melo WC, Avci P, et al. 2013. Antimicrobial strategies centered around reactive oxygen species — Bactericidal antibiotics, photodynamic therapy, and beyond. FEMS Microbiol Rev. 2013; 37 (6): 955-89.

17. Avci P, Erdem SS, Hamblin MR. Photodynamic Therapy: One Step Ahead with Self-Assembled Nanoparticles J Biomed Nanotechnol. 2014; 10 (9): 1937-52.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.