Methylene blue wajen yaƙar biofilm: abin da binciken ɗakin gwaje-gwaje da haske ke kunnawa yake aunawa

Biofilm ba tarin ƙwayoyin halitta ne kawai da ke yawo a ruwa ba. Tsari ne: ƙwayoyin halitta da suka manne a wani wuri, suka nutse cikin wani tsarin kewaye da suka samar da kansu daga polysaccharides, sunadarai, da DNA da ke wajen ƙwayoyin halitta, tare da sauyin yawan oxygen da abubuwan gina jiki daga waje zuwa ciki. Wannan tsarin ne ya sa sinadarin da ke kashe ƙwayoyin bacteria masu yawo a ruwa cikin mintuna kaɗan zai iya kasa yin hakan ga irin waɗannan ƙwayoyin idan sun girma a matsayin biofilm. Dole ne a fahimci duk wata magana game da methylene blue da biofilm bisa wannan tsarin, domin tsarin kewaye yana ƙayyade yawan rinin da zai isa ga ƙwayoyin halitta da yawan hasken da zai isa ga rinin.

Wannan bitar ta ƙunshi tushe uku kacal. Ɗaya yana bayar da bayanan asali. Biyu kuma gwaje-gwajen ɗakin gwaje-gwaje ne. Rarrabe waɗannan ayyuka shi ne tushen hanyar bitar, kuma yana hana kuskuren da aka fi yi a wannan fanni: kawo sakamakon gwaji a faranti kamar dai shaida ce ta magance kamuwa da cuta a jikin mutum.

Tushen bayanan asali ya shafi ilimin sinadarai, ba kashe ƙwayoyin cuta ba

Mafi tsufa daga cikin ukun shi ne bitar bayani kan haɓaka sinadaran phenothiazinium masu jin haske, wanda aka wallafa a 2005. Ya bibiyi methylene blue daga kasancewarsa rini a ƙarni na 19 zuwa zama muhimmin sinadari na farawa wajen haɓaka maganin da haske ke kunnawa don ciwon daji, daga baya kuma don maganin kashe ƙwayoyin cuta da haske ke kunnawa. Gudummawarsa ita ce bayanin alaƙar tsarin sinadari da aikinsa: ƙara rukunin methyl ga ɓangaren sinadarin da ke sha haske yana ƙara iya haɗuwarsa da mai, yawan singlet oxygen da yake samarwa, da ƙarfin kashe bacteria da haske, yayin da yake rage saurin sauyawarsa ta hanyar reduction zuwa sigar leuco mai ƙarancin aiki. Haka kuma ya bayyana matsalar fannin a sarari. Yawancin rahotanni sun yi amfani da rinukan kasuwa na yau da kullum, ba tare da an yi gagarumin haɓaka wasu sigoginsu ba.

Yi amfani da wannan bitar don ɓangaren fahimtar yadda aikin yake faruwa: haske yana ɗaga kuzarin rinin, yanayin triplet yana hulɗa da oxygen ta hanyar miƙa kuzari ta Type II don samar da singlet oxygen ko kuma ta hanyar miƙa electron ta Type I don samar da radicals. Wannan hari mai hanyoyi da yawa ne ya sa hanyoyin juriya na yau da kullum ba sa bayar da irin wannan kariya sosai wajen kashe ƙwayoyin cuta da haske ke kunnawa. Kada a ambace ta a matsayin hujjar wani raguwar log. Ba ta auna hakan ba. An bayyana ilimin sinadarai da haske da ke bayan wannan aiki dalla-dalla a tarin shaidun maganin photodynamic, kuma an tattauna ƙa'idojin tsawon zango da ke ƙayyade ko wata fitila za ta iya kunna aikin a yadda methylene blue ke shan jan haske.

Gwaje-gwajen biofilm biyu, ma'aunan sakamako biyu daban-daban

Takardun gwaji biyu duk sun gwada aikin methylene blue da haske ke kunnawa a biofilm na baki da haske mai tsawon zango na 660 nm, amma kusan ba su yi tarayya a wani abu dabam ba. Al'ummomin ƙwayoyin halitta sun bambanta, shekarunsu sun bambanta, haɗaɗɗun rinin sun bambanta, adadin hasken ya bambanta, kuma musamman ma'aunan sakamakon sun bambanta. Wannan bambanci shi ne jigon wannan maƙala, kuma shi ne abin da kayan kwatantawar da ke ƙasa yake nunawa.

Na farko shi ne binciken in vitro kan balagaggen biofilm mai nau'o'i da yawa da ke ƙarƙashin dasashi, wanda aka wallafa a 2024. An noma nau'o'i talatin da uku tare a kan turakun polystyrene a cikin Calgary Biofilm Device, ana ciyar da su a yanayin da babu oxygen, an sauya ruwan noman bayan sa'o'i 72, sannan aka ci gaba da noma har zuwa kwanaki 7 da aka ƙayyade. An yi amfani da methylene blue marar ɗaurewa ga abin ɗauka a 0.01 percent, tare da jan LED mai 660 nm da ƙarfin haske kusan 330 mW per square cm na mintuna 5 daga nisan 2 mm; idan aka ninka waɗannan ƙimomi, jimillar kuzarin hasken ta kai kusan 99 J per square cm. Tsarin gwajin yana rarrabe tasirin abubuwan gwajin da haɗuwarsu cikin rukuni huɗu: rukunin kwatantawa da ba a yi wa komai ba, rini ba tare da haske ba, haske ba tare da rini ba, da rini tare da haske.

Na biyu shi ne binciken in vitro kan biofilm na baki da ƙwayoyin farko masu mamaye wuri suka kafa, wanda aka wallafa a 2021. An noma nau'o'in Streptococcus huɗu tare na sa'o'i 24 a faranti masu ramuka 96 da sucrose a 1 percent. Sinadarin mai jin haske shi ne methylene blue da aka haɗa da ƙananan barbashin beta cyclodextrin masu girman nanometer a 4.65 micromolar, wani haɗaɗɗen tsarin isarwa da aka tsara don ɗaukar rini ta shingayen biofilm. Tushen hasken biyu duk ja ne masu 660 nm, kuma an fallasa samfurori ga hasken na daƙiƙa 90, amma adadin hasken ya bambanta sosai: 320 J per square cm ga rukunin laser da 8.1 J per square cm ga rukunin LED. Rukunonin kwatantawa sun haɗa da rini ba tare da haske ba, laser kaɗai, LED kaɗai, ruwan gishiri a matsayin kwatantawa mara aiki, da chlorhexidine a 0.2 percent a matsayin ma'aunin kwatanta aikin kashe ƙwayoyin cuta.

Al'ummar ƙwayoyin halitta mai nau'o'i 33, mai kwanaki 7, da ke rayuwa ba tare da oxygen ba, da biofilm na ƙwayoyin farko masu mamaye wuri mai nau'o'i 4 da sa'o'i 24, tsarin aunawa ne daban-daban. Ba za a haɗa lambobin da ke biye a fitar da matsakaicinsu ba.

Abin da kowane bincike ya auna a zahiri

A binciken balagaggen biofilm, ma'aunan sakamakon sun kasance ayyukan rayuwa ta hanyar reduction na TTC da aka karanta a 485 nm, da yawan bacteria ta hanyar haɗuwar DNA da DNA bisa tsarin checkerboard, ta amfani da masu gano DNA na nau'o'in 33, tare da iyakar ganowa kusa da ƙwayoyin halitta 10,000. Ba a yi noman ƙidayar ƙwayoyin da ke raye a faranti ba, ba a auna jimillar tarin ƙwayoyin halitta da tsarin kewaye ta amfani da crystal violet ba, ba a ɗauki hoton rarrabe masu rai da matattu ba, kuma ba a bibiyi sake girma ba. LED kaɗai ya rage ayyukan rayuwa da kusan 50 percent idan aka kwatanta da rukunonin da ba su sami LED ba, yayin da rini tare da LED ya rage su da kusan 55 percent. A nazarin ƙididdiga, rini kaɗai ya kasance rukuni ɗaya da rukunin da ba a yi wa komai ba. A ƙidayar da aka samo daga DNA, rini kaɗai, LED kaɗai, da rini tare da LED duk sun kasance ƙasa da rukunin kwatantawa da bambanci mai muhimmanci a ƙididdiga, amma babu bambanci mai muhimmanci tsakanin ukun. Marubutan sun bayyana ma'anar hakan kai tsaye: matakan gwajin ba su lalata kafaffen biofilm mai nau'o'in ƙwayoyin cuta da yawa da ya manne ba, kuma balagaggen biofilm da ke kewaye da haƙora yana buƙatar tarwatsa tsarinsa ta hanyar aiki na zahiri, tare da aikin photodynamic a matsayin ƙarin taimako kawai a mafi kyawun yanayi.

A binciken ƙwayoyin farko masu mamaye wuri, ma'aunin sakamakon shi ne ƙananan halittu masu rai da aka samu ta hanyar noma a kayan noman da ke zaɓar wasu nau'o'i, an bayyana ƙidayarsu a ma'aunin logarithm. Rukunin rini ba tare da haske ba bai bambanta da ruwan gishiri ba. Rukunonin biyu da haske ya kunna—laser tare da rinin da aka ƙunsa, da LED tare da rinin da aka ƙunsa—sun rage ƙidayar ƙwayoyin da ke raye da har zuwa kusan 4 log idan aka kwatanta da rukunin kwatantawa mara aiki. Wannan raguwar ninki 10,000 ce, ko 99.99 percent, a wannan ma'aunin, kuma babu ɗayansu da ya bambanta da chlorhexidine a ƙididdiga. Ba a bayar da ƙimomin haske kaɗai da na rini a duhu kaɗai a matsayin lambobin log daban-daban da za a iya dogaro da su ba. Saboda haka, taƙaitaccen bayanin gaskiya shi ne abin da takardar ta goya baya: rinin da aka ƙunsa kuma aka kunna da haske ya haifar da raguwar, rini a duhu bai yi hakan ba, kuma girman raguwar ya yi daidai da ma'aunin sinadarin kashe ƙwayoyin cuta a wannan samfurin biofilm mai ƙarancin shekaru.

Babu ɗayan takardun da ya auna sake girma bayan matakin gwajin, ragowar jimillar tarin ƙwayoyin halitta da tsarin kewaye, ko tsarin abin da ke kewaye da ƙwayoyin halitta. Raguwar CFU ba ta bayyana komai game da ragowar tsarin kewaye ba. Saukar ayyukan rayuwa ba ta bayyana komai game da waɗanda suka tsira ba. Ƙidayar DNA ba za ta iya nuna waɗanda ke raye ba.

Kwatanta hanyoyin gwaji da ma'aunan sakamako

Wannan tebur shi ne kayan kwatantawar wannan maƙala. Karanta layi daga gefe zuwa gefe don ganin abin da bincike ɗaya ya tabbatar, sannan ka karanta ginshiƙi daga sama zuwa ƙasa don ganin tambayoyin da babu ɗayan binciken da ya amsa.

Bambance-bambance uku suna buƙatar jaddadawa. Na farko, a samfurin balagaggen biofilm, rukunin haske kaɗai ya bayyana kusan dukan tasirin kan ayyukan rayuwa, don haka ƙimar 55 percent ba tana nufin kashe ƙwayoyin cuta ta hanyar rini ba. Na biyu, a samfurin biofilm mai ƙarancin shekaru, haɗaɗɗen rinin bai nuna aiki a duhu ba, kuma tasirin ya bayyana ne kawai da haske, abin da ke nuna kunnawa da haske. Na uku, raguwar 80 percent a ƙidayar da aka samo daga DNA tana kusa da 0.7 log a lissafi ne kawai idan abin da ake aunawa ya kasance ƙidayar ƙwayoyin da ke raye, alhali ba haka yake ba. Don haka, kada a taɓa ambatonta a matsayin ƙimar kashe ƙwayoyin cuta ta log. An tattara bayanan da suka shafi biofilm na haƙora a binciken biofilm na baki da haƙora, kuma an bayyana hanyar rarrabe samfurori, hanyoyin isarwa, da ma'aunan sakamako a tsakanin bincike dalla-dalla a jagorar hanyoyin ɗakin gwaje-gwaje.

Dalilin da ya sa binciken biofilm yake buƙatar ƙa'idojin fahimta na kansa

Abubuwa huɗu ne ke ƙayyade ko sakamakon methylene blue a biofilm yana da wata ma'ana fiye da farantin da aka gwada shi a ciki.

Shekarun biofilm da tsarin da ke kewaye da ƙwayoyin halittarsa su ne na farko. Biofilm masu tsufa sun fi kauri, suna da ƙarin haɗin giciye a tsarin kewaye, kuma rini ya fi wahalar shiga cikinsu. Marubutan 2021 sun bayyana shigar rini da raunin yaɗuwar haske ta cikin biofilm mai tsari a matsayin manyan matsalolin. Hanyoyin amfani da abin ɗaukar rini, kamar ƙunshe shi cikin cyclodextrin, ƙoƙari ne na magance wannan matsala kai tsaye. Shi ya sa tsarin haɗa sinadarin abu ne da ake gwadawa, ba ƙaramin bayani kawai ba.

Lissafin adadin haske shi ne na biyu. Ƙimomin jimillar kuzarin haske a nan sun bambanta da kusan ninki arba'in, daga 8.1 zuwa 320 J per square cm a tsawon zango ɗaya, yayin da ƙarfin hasken ya kasance daga 90 mW zuwa W da dama a kowace square cm. Tsawon zango ɗaya ba yana nufin fallasa ga haske iri ɗaya ba, kuma babu ɗayan binciken da ya sauya adadin haske bisa tsari yadda zai isa a zana lanƙwasar alaƙar adadi da sakamako.

Rukunonin kwatantawa su ne na uku. Binciken da ba shi da rukunin rini a duhu ba zai iya kawar da yiwuwar tasirin guba na rinin da kansa ba, kuma binciken da ba shi da rukunin haske kaɗai ba zai iya danganta sakamako ga kunnawa da haske ba. Takardun biyu duk sun haɗa da duka biyun, abin da ya ƙarfafa tsarin gwajinsu. Takardar balagaggen biofilm ta nuna dalilin muhimmancin rukunin haske kaɗai: in babu shi, da an fahimci sakamakon ayyukan rayuwa a matsayin tasirin rini.

Ma'aunan sakamako su ne na huɗu. Kasancewar ƙwayoyin halitta da rai, ayyukan rayuwa, yawan DNA, jimillar tarin ƙwayoyin halitta da tsarin kewaye, tsari, da sake girma abubuwa shida ne daban-daban da za a iya yin magana a kansu. Babu wata takarda a nan da ta auna fiye da biyu. Musamman, babu auna sake girma a ko'ina, don haka ba a auna dorewar tasirin ba, balle a ce an tabbatar da ita.

Abin da wannan bai tabbatar ba game da magance kamuwa da cuta

Babu ɗayan waɗannan samfurorin gwaji da ya ƙunshi zagayawar jini, ƙwayoyin garkuwar jiki, gudanawar yau, sauyawar ruwan da ke tsagin dasashi, ko cire gurɓataccen abu ta hanyar aiki na zahiri. Yawan rini a ramin farantin gwaji ba ya nufin yawansa a nama bayan an shigar da shi cikin jikin mutum ta kowace hanya. Fallasa biofilm mai ƙarancin shekaru, ko ma balagaggen biofilm na ɗakin gwaje-gwaje, sau ɗaya na mintuna 5 ko daƙiƙa 90 ba tsarin jiyya ba ne. Marubutan binciken balagaggen biofilm sun faɗi hakan da kansu ta hanyar bayyana aikin photodynamic a matsayin abin da zai iya zama ƙarin taimako ga cire biofilm ta hanyar aiki na zahiri, maimakon hanyar kawar da shi gaba ɗaya da kanta.

Taƙaitaccen bayani mai kyau yana da iyaka kuma yana tsaya kan abin da aka auna. Methylene blue da haske ya kunna zai iya rage ayyukan rayuwa da yawan ƙwayoyin da aka ƙiyasta daga DNA a balagaggar al'ummar ƙwayoyin baki ta ɗakin gwaje-gwaje ba tare da lalata ta ba, kuma haske kaɗai ne ya yi mafi yawan aikin rage ayyukan rayuwa a wannan tsarin gwaji. Rinin da cyclodextrin ke ɗauka kuma haske ya kunna zai iya rage ƙidayar ƙwayoyin da ke raye da matakai da yawa na ninki goma a biofilm na streptococci mai ƙarancin shekaru a ɗakin gwaje-gwaje, zuwa matakin da za a iya kwatantawa da chlorhexidine a samfurin gwaji ɗaya. Ko ɗayan waɗannan abubuwan da aka lura da su zai shafi kamuwa da cuta a jikin mutum ya dogara da isar da sinadarin, samun haske, oxygen, tsarin jiki, da ma'aunan sakamakon asibiti waɗanda ba a taɓa tsara waɗannan gwaje-gwajen don aunawa ba.