બાયોફિલ્મ સામે મિથિલીન બ્લુ: પ્રકાશથી સક્રિય થતા પ્રયોગશાળાના અભ્યાસો શું માપે છે

બાયોફિલ્મ એટલે પ્રવાહીમાં તરતા કોષોનું ટોળું નહીં. તે એક સંરચના છે: સપાટી સાથે જોડાયેલા કોષો, જે પોલિસેકેરાઇડ્સ, પ્રોટીન્સ અને કોષબાહ્ય DNAના સ્વનિર્મિત મેટ્રિક્સમાં સમાયેલા હોય છે, અને જેમાં બહારથી અંદરની તરફ ઓક્સિજન તથા પોષક તત્ત્વોની સાંદ્રતામાં ક્રમિક ફેરફાર હોય છે. આ સંરચનાને કારણે જ નિલંબિત બેક્ટેરિયાને મિનિટોમાં મારી નાખતું સંયોજન એ જ સૂક્ષ્મજીવો બાયોફિલ્મ તરીકે વિકસેલા હોય ત્યારે નિષ્ફળ જઈ શકે છે. મિથિલીન બ્લુ અને બાયોફિલ્મ વિશેના કોઈ પણ દાવાને આ સંરચનાના સંદર્ભમાં વાંચવો જોઈએ, કારણ કે કોષો સુધી કેટલો રંગદ્રવ્ય પહોંચે છે અને રંગદ્રવ્ય સુધી કેટલો પ્રકાશ પહોંચે છે તે મેટ્રિક્સ નક્કી કરે છે.

આ સમીક્ષામાં બરાબર ત્રણ સ્રોત આવરી લેવાયા છે. એક પૃષ્ઠભૂમિ માટે છે. બે પ્રયોગશાળાના પ્રયોગો છે. આ ભૂમિકાઓ અલગ રાખવી એ જ સમગ્ર પદ્ધતિ છે, અને તે આ વિષયની સૌથી સામાન્ય ભૂલને અટકાવે છે: પ્રયોગશાળાની ડિશમાં મળેલા પરિણામને વ્યક્તિમાં ચેપની સારવારના પુરાવા તરીકે ટાંકવું.

પૃષ્ઠભૂમિનો સ્રોત રસાયણવિજ્ઞાન વિશે છે, સૂક્ષ્મજીવોના નાશ વિશે નહીં

ત્રણમાંથી સૌથી જૂનો સ્રોત 2005માં પ્રકાશિત થયેલી ફેનોથાયાઝિનિયમ પ્રકાશસંવેદકના વિકાસની વર્ણનાત્મક સમીક્ષા છે. તે મિથિલીન બ્લુની સફરને 19મી સદીના રંગદ્રવ્યથી કેન્સરની ફોટોડાયનેમિક સારવાર અને ત્યારબાદ ફોટોડાયનેમિક પ્રતિસૂક્ષ્મજીવી કીમોથેરાપી માટેના મુખ્ય સંયોજન સુધી અનુસરે છે. તેનું યોગદાન સંરચના અને સક્રિયતા વચ્ચેના સંબંધનું વર્ણન છે: ક્રોમોફોરનું મિથિલેશન લિપોફિલિસિટી, સિંગલેટ ઓક્સિજનની ઉપજ અને પ્રકાશપ્રેરિત બેક્ટેરિયાનાશક ક્ષમતા વધારે છે, સાથે જ ઓછા સક્રિય લ્યુકો સ્વરૂપમાં થતી અપચય પ્રક્રિયાને ધીમી પાડે છે. તે આ ક્ષેત્રની સમસ્યા પણ સ્પષ્ટ રીતે જણાવે છે. મોટાભાગના અહેવાલોમાં પ્રમાણભૂત વ્યાવસાયિક રંગદ્રવ્યો વપરાયા હતા, જ્યારે તેમના વ્યુત્પન્ન સંયોજનોનો વિકાસ પ્રમાણમાં ઓછો થયો હતો.

તમારી સમજના ક્રિયાપદ્ધતિ વિભાગ માટે આ સમીક્ષાનો ઉપયોગ કરો: પ્રકાશ રંગદ્રવ્યને ઉત્તેજિત કરે છે, તેની ટ્રિપ્લેટ અવસ્થા Type II ઊર્જા હસ્તાંતરણ દ્વારા ઓક્સિજન સાથે ક્રિયા કરીને સિંગલેટ ઓક્સિજન બનાવે છે અથવા Type I ઇલેક્ટ્રોન હસ્તાંતરણ દ્વારા રેડિકલ્સ બનાવે છે. આ બહુપરિબળીય આક્રમણને કારણે જ પરંપરાગત પ્રતિકારની ક્રિયાપદ્ધતિઓ ફોટોડાયનેમિક નાશ સામે બહુ અસરકારક રહેતી નથી. લોગ ઘટાડાના પુરાવા તરીકે તેને ટાંકશો નહીં. તેમાં આવું કોઈ માપન થયું નહોતું. આ ક્રિયાપદ્ધતિ પાછળનું વ્યાપક પ્રકાશરસાયણવિજ્ઞાન ફોટોડાયનેમિક સારવારના પુરાવાસંગ્રહમાં રજૂ કરાયું છે, અને કોઈ ચોક્કસ દીવો તેને સક્રિય કરી શકે કે નહીં તે નક્કી કરતા તરંગલંબાઈના નિયમો મિથિલીન બ્લુ લાલ પ્રકાશ કેવી રીતે શોષે છેમાં આવરી લેવાયા છે.

બાયોફિલ્મના બે પ્રયોગો, પરિણામોની બે જુદી વિભાવનાઓ

બંને પ્રાયોગિક સંશોધનપત્રો 660 nm પર મોઢાની બાયોફિલ્મ પર મિથિલીન બ્લુની ફોટોડાયનેમિક ક્રિયા તપાસે છે, અને આ સિવાય લગભગ દરેક બાબતમાં જુદા પડે છે. સૂક્ષ્મજીવ સમુદાયો જુદા, તેમની ઉંમર જુદી, રંગદ્રવ્યની ફોર્મ્યુલેશનો જુદી, પ્રકાશની માત્રાઓ જુદી અને સૌથી અગત્યનું, પરિણામમાપો જુદા. આ તફાવત જ આ લેખનો મુખ્ય મુદ્દો છે, અને નીચેની મૂળ તુલનાત્મક સામગ્રી પણ એ જ દર્શાવે છે.

પહેલો 2024માં પ્રકાશિત થયેલો પરિપક્વ બહુપ્રજાતીય પેઢાની નીચેની બાયોફિલ્મનો ઇન વિટ્રો અભ્યાસ છે. કેલગરી બાયોફિલ્મ ઉપકરણમાં પોલિસ્ટાયરીન પિન્સ પર તેત્રીસ પ્રજાતિઓને સાથે ઉછેરવામાં આવી હતી અને ઓક્સિજનરહિત પરિસ્થિતિમાં પોષણ અપાયું હતું. 72 કલાક પછી સંવર્ધન માધ્યમ બદલાયું અને કુલ ઉછેર સમય આશરે 7 દિવસ સુધી રાખવામાં આવ્યો. સારવારમાં 0.01 percent મુક્ત મિથિલીન બ્લુ સાથે 660 nm લાલ LEDનો ઉપયોગ થયો હતો, લગભગ 330 mW પ્રતિ ચોરસ cmની તીવ્રતાએ, 2 mmના અંતરેથી 5 મિનિટ માટે. આનો ગુણાકાર કરતાં લગભગ 99 J per square cm થાય છે. રચના ચાર જૂથોવાળી સુવ્યવસ્થિત ફેક્ટોરિયલ રચના હતી: સારવાર વિનાનું નિયંત્રણ, પ્રકાશ વિના રંગદ્રવ્ય, રંગદ્રવ્ય વિના પ્રકાશ અને રંગદ્રવ્ય સાથે પ્રકાશ.

બીજો 2021માં પ્રકાશિત થયેલો મોઢાની શરૂઆતમાં વસાહત સ્થાપતી બાયોફિલ્મનો ઇન વિટ્રો અભ્યાસ છે. 1 percent સુક્રોઝ સાથે 96 કૂવાવાળી પ્લેટોમાં ચાર સ્ટ્રેપ્ટોકોકસ પ્રજાતિઓને 24 કલાક સુધી સાથે ઉછેરવામાં આવી હતી. પ્રકાશસંવેદક તરીકે 4.65 micromolar મિથિલીન બ્લુને બીટા સાયક્લોડેક્સ્ટ્રિન નાનોકણો સાથે જોડવામાં આવ્યું હતું; આ વિતરણ ફોર્મ્યુલેશનનો હેતુ બાયોફિલ્મના અવરોધોમાંથી રંગદ્રવ્યને પહોંચાડવાનો હતો. બંને પ્રકાશસ્રોતો 660 nm પર લાલ પ્રકાશ આપતા હતા અને સંપર્ક સમય 90 સેકન્ડ હતો, પરંતુ પ્રકાશની માત્રાઓમાં મોટો તફાવત હતો: લેઝર જૂથ માટે 320 J per square cm અને LED જૂથ માટે 8.1 J per square cm. નિયંત્રણોમાં પ્રકાશ વિના રંગદ્રવ્ય, માત્ર લેઝર, માત્ર LED, નકારાત્મક નિયંત્રણ તરીકે સેલાઇન અને પ્રતિસૂક્ષ્મજીવી તુલનામાન તરીકે 0.2 percent ક્લોરહેક્સિડિનનો સમાવેશ હતો.

7 દિવસ જૂનો, 33 પ્રજાતિઓનો ઓક્સિજનરહિત સમુદાય અને 24 કલાક જૂની, શરૂઆતમાં વસાહત સ્થાપતી 4 પ્રજાતિઓની બાયોફિલ્મ જુદી માપનપ્રણાલીઓ છે. નીચે આપેલી સંખ્યાઓની સરેરાશ કાઢી શકાય નહીં.

દરેક અભ્યાસે ખરેખર શું માપ્યું

પરિપક્વ બાયોફિલ્મના અભ્યાસમાં પરિણામમાપો હતા: 485 nm પર વાંચેલા TTC અપચય દ્વારા ચયાપચયની પ્રવૃત્તિ અને 33 પ્રજાતિઓ માટેના પ્રોબ્સ સામે ચેકરબોર્ડ DNA DNA હાઇબ્રિડાઇઝેશન દ્વારા બેક્ટેરિયાની વિપુલતા. શોધમર્યાદા લગભગ 10,000 કોષો હતી. જીવંત સૂક્ષ્મજીવોની ગણતરી માટે પ્લેટિંગ, ક્રિસ્ટલ વાયોલેટ દ્વારા બાયોમાસનું માપન, જીવંત અને મૃત કોષોનું ઇમેજિંગ કે પુનર્વૃદ્ધિનું અનુસરણ—આમાંથી કશું થયું નહોતું. માત્ર LEDએ LED વગરના જૂથોની સરખામણીએ ચયાપચયની પ્રવૃત્તિ લગભગ 50 percent ઘટાડી, અને રંગદ્રવ્ય સાથે LEDએ તેને લગભગ 55 percent ઘટાડી. માત્ર રંગદ્રવ્યવાળું જૂથ આંકડાકીય રીતે સારવાર વિનાના નિયંત્રણની સમકક્ષ હતું. DNA પરથી મેળવેલી ગણતરીઓમાં માત્ર રંગદ્રવ્ય, માત્ર LED અને રંગદ્રવ્ય સાથે LED—ત્રણેય નિયંત્રણ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે નીચાં હતાં, પરંતુ ત્રણેય વચ્ચે કોઈ નોંધપાત્ર તફાવત નહોતો. લેખકો તેનો નિષ્કર્ષ સીધો જણાવે છે: આ સારવારો સ્થાપિત, સપાટી સાથે જોડાયેલી બહુસૂક્ષ્મજીવી બાયોફિલ્મનો નાશ કરી શકી નહોતી, અને પરિપક્વ પેરિયોડોન્ટલ બાયોફિલ્મની સંરચનાને યાંત્રિક રીતે ખંડિત કરવાની જરૂર છે; ફોટોડાયનેમિક પદ્ધતિ વધુમાં વધુ સહાયક બની શકે.

શરૂઆતમાં વસાહત સ્થાપતી બાયોફિલ્મના અભ્યાસમાં પરિણામમાપ પસંદગીયુક્ત સંવર્ધન માધ્યમોમાંથી પ્રાપ્ત થયેલા જીવંત સૂક્ષ્મજીવોની ગણતરી હતી, જેને લોગરિધમિક સ્કેલ પર દર્શાવવામાં આવી હતી. પ્રકાશ વિનાના રંગદ્રવ્ય જૂથ અને સેલાઇન વચ્ચે કોઈ તફાવત નહોતો. બંને પ્રકાશસક્રિય જૂથો—લેઝર સાથે આવરણમાં સમાવાયેલ રંગદ્રવ્ય અને LED સાથે આવરણમાં સમાવાયેલ રંગદ્રવ્ય—એ નકારાત્મક નિયંત્રણની સરખામણીએ જીવંત સૂક્ષ્મજીવોની ગણતરીમાં લગભગ 4 લોગ સુધીનો ઘટાડો કર્યો. આ માપ પર તે 10,000 ગણો અથવા 99.99 percent ઘટાડો છે, અને બંનેમાંથી કોઈ પણ જૂથ ક્લોરહેક્સિડિનથી આંકડાકીય રીતે જુદું નહોતું. માત્ર પ્રકાશ અને માત્ર અંધારામાં રંગદ્રવ્યના મૂલ્યો અલગ, વિશ્વસનીય લોગ સંખ્યાઓ તરીકે જણાવવામાં આવ્યા નહોતા. તેથી પ્રામાણિક સારાંશ એ જ છે જેને સંશોધનપત્ર સમર્થન આપે છે: પ્રકાશથી સક્રિય કરાયેલા આવરણમાં સમાવાયેલ રંગદ્રવ્યએ ઘટાડો કર્યો, અંધારામાં રહેલા રંગદ્રવ્યએ નહીં, અને આ યુવાન બાયોફિલ્મ મોડેલમાં ઘટાડાનું પ્રમાણ એન્ટિસેપ્ટિક તુલનામાન જેટલું હતું.

બંનેમાંથી કોઈ સંશોધનપત્રે સારવાર પછીની પુનર્વૃદ્ધિ, અવશેષ બાયોમાસ કે મેટ્રિક્સની સંરચના માપી નહોતી. CFUમાં ઘટાડો બાકી રહેલા મેટ્રિક્સ વિશે કશું જણાવતો નથી. ચયાપચયમાં ઘટાડો બચી ગયેલા સૂક્ષ્મજીવો વિશે કશું જણાવતો નથી. DNAની ગણતરીથી કોણ જીવંત છે તે કહી શકાતું નથી.

પરીક્ષણ અને પરિણામમાપોની તુલના

આ કોષ્ટક આ લેખની તુલનાત્મક સામગ્રી છે. કોઈ એક અભ્યાસ શું સાબિત કરે છે તે જોવા પંક્તિ આડી વાંચો, અને કયા પ્રશ્નોના જવાબ બંનેમાંથી કોઈ અભ્યાસ આપતો નથી તે જોવા કૉલમ ઊભી વાંચો.

ત્રણ તફાવતો પર ભાર મૂકવો જરૂરી છે. પહેલો, પરિપક્વ મોડેલમાં માત્ર પ્રકાશવાળું જૂથ ચયાપચય પરની લગભગ સમગ્ર અસર માટે જવાબદાર છે, તેથી 55 percentનો આંકડો રંગદ્રવ્ય દ્વારા થયેલો નાશ દર્શાવતો નથી. બીજો, યુવાન મોડેલમાં અંધારામાં રહેલું ફોર્મ્યુલેશન નિષ્ક્રિય છે અને અસર માત્ર પ્રકાશ સાથે દેખાય છે, જે પ્રકાશસક્રિયકરણનું લક્ષણ છે. ત્રીજો, DNA પરથી મેળવેલી ગણતરીઓમાં 80 percentનો ઘટાડો ગાણિતિક રીતે લગભગ 0.7 લોગ થાય, પરંતુ માત્ર ત્યારે જ જ્યારે માપાતું ચલ જીવંત સૂક્ષ્મજીવોની ગણતરી હોય. અહીં તે એવું નથી, તેથી તેને ક્યારેય લોગ નાશ તરીકે ટાંકવો નહીં. સંબંધિત દંત બાયોફિલ્મનો સંદર્ભ મોઢાની બાયોફિલ્મ અને દંત સંશોધનમાં એકત્રિત છે, અને અભ્યાસો વચ્ચે મોડેલો, ઉપયોગના માર્ગો અને પરિણામમાપોને અલગ પાડવાની સામાન્ય પદ્ધતિ પ્રયોગશાળાની પદ્ધતિઓની માર્ગદર્શિકામાં વિગતે સમજાવવામાં આવી છે.

બાયોફિલ્મના અભ્યાસો માટે વાંચનના અલગ નિયમો શા માટે જરૂરી છે

મિથિલીન બ્લુના બાયોફિલ્મ પરિણામનો તેની પોતાની પ્લેટની બહાર કોઈ અર્થ છે કે નહીં તે ચાર ચલો નક્કી કરે છે.

બાયોફિલ્મની ઉંમર અને મેટ્રિક્સ પ્રથમ આવે છે. જૂની બાયોફિલ્મ વધુ જાડી, વધુ ક્રોસલિંક્ડ અને રંગદ્રવ્યના પ્રવેશ માટે વધુ મુશ્કેલ હોય છે. 2021ના લેખકો પ્રવેશ અને સુવ્યવસ્થિત બાયોફિલ્મમાંથી પ્રકાશના નબળા પ્રસારને મુખ્ય મર્યાદાઓ તરીકે ઓળખાવે છે. સાયક્લોડેક્સ્ટ્રિનમાં આવરણ આપવું જેવી વાહક વ્યૂહરચનાઓ બરાબર આ મર્યાદાનો ઉકેલ શોધવાના પ્રયાસો છે, તેથી ફોર્મ્યુલેશન માત્ર એક વિગત નહીં, પરંતુ પ્રાયોગિક ચલ છે.

પ્રકાશની માત્રાની ગણતરી બીજા ક્રમે આવે છે. અહીં સમાન તરંગલંબાઈ પર ફ્લુએન્સનાં મૂલ્યો 8.1થી 320 J per square cm સુધી ફેલાયેલા છે—લગભગ ચાલીસ ગણો તફાવત—અને વિકિરણ તીવ્રતા 90 mWથી અનેક W પ્રતિ ચોરસ cm સુધી છે. સમાન તરંગલંબાઈનો અર્થ સમાન પ્રકાશસંપર્ક નથી, અને માત્રા-પ્રતિસાદ વક્ર નક્કી કરી શકાય એટલી વ્યવસ્થિત રીતે કોઈ પણ અભ્યાસમાં માત્રા બદલવામાં આવી નથી.

નિયંત્રણો ત્રીજા ક્રમે આવે છે. અંધારામાં રંગદ્રવ્યનું જૂથ ન ધરાવતો અભ્યાસ રંગદ્રવ્યની સ્વાભાવિક ઝેરી અસરને નકારી શકતો નથી, અને માત્ર પ્રકાશનું જૂથ ન ધરાવતો અભ્યાસ કોઈ પણ અસરને પ્રકાશસક્રિયકરણને આભારી ગણાવી શકતો નથી. બંને સંશોધનપત્રોમાં બંને નિયંત્રણો છે, જે તેમનું સકારાત્મક પાસું છે. પરિપક્વ બાયોફિલ્મનું સંશોધનપત્ર બતાવે છે કે માત્ર પ્રકાશનું જૂથ શા માટે અગત્યનું છે: તેના વિના ચયાપચયનું પરિણામ રંગદ્રવ્યની અસર તરીકે વંચાત.

પરિણામમાપો ચોથા ક્રમે આવે છે. જીવંતતા, ચયાપચય, DNAની વિપુલતા, બાયોમાસ, સંરચના અને પુનર્વૃદ્ધિ—આ છ જુદા દાવા છે. અહીં કોઈ પણ સંશોધનપત્ર બે કરતાં વધુ માપતું નથી. ખાસ કરીને પુનર્વૃદ્ધિનું માપન ક્યાંય નથી, એટલે અસર ટકી રહે છે તે દર્શાવાયું નથી; તે માપાયું જ નથી.

ચેપની સારવાર વિશે આ શું સ્થાપિત કરતું નથી

આમાંથી કોઈ પણ પ્રયોગાત્મક વ્યવસ્થામાં રક્તપરિભ્રમણ, રોગપ્રતિકારક કોષો, લાળનો પ્રવાહ, પેઢાની ખાંચના પ્રવાહીનું નવીનીકરણ કે યાંત્રિક રીતે જમા થયેલા પદાર્થોની સફાઈ સામેલ નથી. કૂવામાં રંગદ્રવ્યની સાંદ્રતા એ મનુષ્યમાં કોઈ પણ માર્ગે આપ્યા પછી પેશીમાં રહેલી સાંદ્રતા નથી. યુવાન કે પરિપક્વ પ્રયોગશાળાની બાયોફિલ્મને એક જ વાર 5 મિનિટ અથવા 90 સેકન્ડ સુધી પ્રકાશસંપર્ક આપવો એ સારવારનો કોર્સ નથી. પરિપક્વ બાયોફિલ્મના લેખકો પણ ફોટોડાયનેમિક પદ્ધતિને સ્વતંત્ર નાબૂદીની પદ્ધતિને બદલે યાંત્રિક રીતે દૂર કરવાની પ્રક્રિયાના સંભવિત સહાયક તરીકે રજૂ કરીને આ વાત કહે છે.

યોગ્ય સારાંશ મર્યાદિત અને ટકાઉ છે. પ્રકાશસક્રિય મિથિલીન બ્લુ પરિપક્વ પ્રયોગશાળાના મોઢાના સૂક્ષ્મજીવ સમુદાયનો નાશ કર્યા વિના તેનો ચયાપચય અને DNA પરથી મેળવેલી વિપુલતા દબાવી શકે છે; તે વ્યવસ્થામાં ચયાપચય પરની મોટાભાગની અસર માત્ર પ્રકાશથી થાય છે. સાયક્લોડેક્સ્ટ્રિન દ્વારા વહન કરાયેલ પ્રકાશસક્રિય રંગદ્રવ્ય યુવાન પ્રયોગશાળાની સ્ટ્રેપ્ટોકોકલ બાયોફિલ્મમાં જીવંત સૂક્ષ્મજીવોની ગણતરી પરિમાણના અનેક ક્રમોથી ઘટાડી શકે છે, એ જ મોડેલમાં ક્લોરહેક્સિડિન સાથે તુલનાયોગ્ય પ્રમાણમાં. આમાંથી કોઈ પણ અવલોકન વ્યક્તિમાં ચેપ માટે લાગુ પડે છે કે નહીં તે વિતરણ, પ્રકાશની પહોંચ, ઓક્સિજન, શરીરરચના અને એવા ક્લિનિકલ પરિણામમાપો પર આધાર રાખે છે જેને માપવા માટે આ પ્રયોગો રચાયા જ નહોતા.