Şîna metîlenê li dijî biyofilman: lêkolînên laboratuwarî yên bi ronahiyê aktîvkirî çi dipîvin

Biyofilm ne komeke şaneyan e ku di şilekê de diherikin. Ew avahiyek e: şaneyên ku bi rûyekê ve girêdayî ne, di matrîsekê de bi cih bûne ku bi xwe ji polîsakarîd, proteîn û DNA ya derveyî şaneyan çêkirine, û oksîjen û madeyên xwarinê ji derve ber bi hundir ve bi rêjeyên cuda lê belav dibin. Ev avahî sedem e ku pêkhateyek ku bakteriyên di suspansiyonê de di çend deqîqeyan de dikuje, dikare li hember heman zîndewerên ku wek biyofilm mezin bûne têk biçe. Divê her îdiaya li ser şîna metîlenê û biyofilman li ber çavan girtina vê avahiyê bê xwendin, ji ber ku matrîs diyar dike ka çiqas reng digihîje şaneyan û çiqas ronahî digihîje rengê.

Ev nirxandin bi rastî sê çavkaniyan digire nav xwe. Yek ji wan paşxane ye. Du jî ceribandinên laboratuwarî ne. Ji hev veqetandina van rolan tevahiya rêbazê ye, û ew rê li ber xeletiya herî gelemperî ya vê mijarê digire: vegotina encameke di firaxeke laboratuwarê de wek ku ew delîla dermankirina enfeksiyonê di mirovekî de be.

Çavkaniya paşxaneyê kîmya ye, ne kuştin

Ji van sêyan ya herî kevn nirxandineke vegotinî ya pêşveçûna fotosensîtîzerên fenotîazînyûmê ye ku di 2005 de hatiye weşandin. Ew rêya şîna metîlenê ji rengekî sedsala 19an heta pêkhateyeke bingehîn ji bo terapiya fotodînamîk a kanserê û paşê ji bo kemoterapiya antîmîkrobî ya fotodînamîk dişopîne. Beşdariya wê vegotina têkiliya avahî û çalakiyê ye: metîlkirina kromoforê lîpofîlîtiyê, hilberîna oksîjena sînglet û hêza kuştina bakteriyan bi ronahiyê zêde dike, di heman demê de veguherîna bi reduksiyonê ber bi forma leuko ya kêmtir çalak ve hêdî dike. Ew herwiha pirsgirêka vê qadê bi zelalî dibêje. Piraniya raporan rengên bazirganî yên standard bi kar anîne, û pêşvebirina derîvatan bi berawirdî kêm bûye.

Wê nirxandinê ji bo beşa mekanîzmayê ya modela xwe ya hişî bi kar bînin: ronahî rengê vedijîne, rewşa trîplet bi oksîjenê re bi veguhastina enerjiyê ya Type II dikeve têkiliyê da ku oksîjena sînglet çêbike, an bi veguhastina elektronê ya Type I radîkalan çêdike. Ev êrîşa pirfaktorî sedem e ku mekanîzmayên berxwedanê yên asayî li dijî kuştina fotodînamîk pir bi bandor nayên veguhastin. Ji bo kêmbûneke log wê wek çavkanî nîşan nedin. Wê tu kêmbûneke wisa nepîvandiye. Fotokîmyaya berfirehtir a li pişt vê mekanîzmayê di berhevoka delîlên terapiya fotodînamîk de hatiye şirovekirin, û rêzikên dirêjahiya pêlê yên ku diyar dikin ka çirayek dikare wê bimeşîne an na, di şîna metîlenê çawa ronahiya sor dimije de hatine vegotin.

Du ceribandinên biyofilmê, du têgihiştinên cuda yên encamê

Her du gotarên ceribandinî çalakiya fotodînamîk a şîna metîlenê li ser biyofilmên devê di 660 nm de diceribînin, û hema hema di tu aliyê din de hevpar nînin. Civakên cuda, temenên cuda, formulasyonên rengê yên cuda, dozên ronahiyê yên cuda, û berî her tiştî pîvanên encamê yên cuda. Ev cudahî armanca vê gotarê ye, û di heman demê de bingeha amûra berawirdkirinê ya resen a li jêr e.

Ya yekem lêkolîneke in vitro ya biyofilmeke gihîştî ya pir-cureyî ya binî benîştê ye ku di 2024 de hatiye weşandin. Sî û sê cure bi hev re li ser derziyên polîstîrenê di Calgary Biofilm Device de hatin mezin kirin, di şertên bêoksîjen de hatin xwedîkirin, navgîna çandê piştî 72 saetan hate guhertin û mezinbûn heta demeke bi navê 7 rojan berdewam kir. Ji bo pêvajoyê şîna metîlenê ya azad bi rêjeya 0.01 ji sed û LEDeke sor a 660 nm bi nêzîkî 330 mW li ser her cm çargoşe, ji dûrahiya 2 mm, ji bo 5 deqîqeyan hate bikaranîn; bi hesabkirinê ev nêzîkî 99 J li ser her cm çargoşe dike. Sêwirandin faktoryaleke zelal e ku çar komên ceribandinê hene: kontrola bê pêvajo, reng bê ronahî, ronahî bê reng, û reng bi ronahiyê re.

Ya duyem lêkolîneke in vitro ya biyofilma devê ya kolonîkerên destpêkê ye ku di 2021 de hatiye weşandin. Çar cureyên Streptococcus bi hev re ji bo 24 saetan di plakên 96-kortî de bi 1 ji sed sûkroz hatin mezin kirin. Fotosensîtîzer şîna metîlenê bû ku bi nanoparçeyên beta sîklodekstrînê ve girêdayî bû, bi konsantrasyona 4.65 mîkromolar; ev formulasyoneke gihandinê bû ku armanc dikir rengê ji astengên biyofilmê derbas bike. Her du çavkaniyên ronahiyê sor bûn, bi 660 nm û demên rûbirûbûna 90 çirkeyan, lê doz pir ji hev cuda bûn: 320 J li ser her cm çargoşe ji bo koma lazerê û 8.1 J li ser her cm çargoşe ji bo koma LEDê. Kontrolan reng bê ronahî, tenê lazer, tenê LED, kontrola neyînî ya şilava xwê, û klorheksîdîna 0.2 ji sed wek pîvaneke berawirdkirinê ya antîmîkrobî digirtin nav xwe.

Civakeke bêoksîjen a 7 rojî û 33 cureyî û biyofilmeke kolonîkerên destpêkê ya 24 saetî û 4 cureyî pergalên pîvandinê yên cuda ne. Navîna jimareyên ku li jêr tên nikare bê hesabkirin.

Her lêkolînê bi rastî çi pîvand

Di lêkolîna biyofilma gihîştî de, pîvanên encamê çalakiya metabolîk bi reduksiyona TTC ku di 485 nm de hate xwendin, û pirbûna bakteriyan bi hîbrîdîzasyona DNA DNA ya şêwaza şetrencî li hember sondên 33 cureyan bûn; sînorê tespîtkirinê nêzîkî 10,000 şaneyan bû. Ji bo jimartina zindiyan çandina li ser plakan, pîvandina biyokutleyê bi kristal violet, wênekêşiya zindî-mirî, an şopandina mezinbûna ji nû ve tunebû. Tenê LED çalakiya metabolîk li gorî komên bê LED nêzîkî 50 ji sed kêm kir, û reng bi LEDê re ew nêzîkî 55 ji sed kêm kir. Tenê reng ji aliyê statîstîkî ve bi kontrola bê pêvajo re di heman komê de bû. Di jimartinên ji DNA hatine derxistin de, tenê reng, tenê LED, û reng bi LEDê re hemû bi awayekî watedar ji kontrolê kêmtir bûn, lê di navbera wan sêyan de cudahiyeke watedar tunebû. Nivîskar encamê rasterast dibêjin: pêvajoyan biyofilma pir-mîkrobî ya çespayî û bi cih bûyî hilneweşandin, û biyofilma gihîştî ya derdora diranan pêdivî bi têkbirina rêkxistina xwe bi awayekî mekanîkî heye; fotodînamîk herî zêde dikare alîkarek be.

Di lêkolîna kolonîkerên destpêkê de, pîvana encamê mîkroorganîzmayên zindî yên ku li ser navgînên çandê yên hilbijartî hatin vegerandin bû, û ew li ser pîvaneke logarîtmî hatin nîşandan. Koma rengê bê ronahî ji şilava xwê cuda nebû. Her du komên bi ronahiyê aktîvkirî, lazer bi rengê kapsulkirî re û LED bi rengê kapsulkirî re, jimartinên zindî li gorî kontrola neyînî heta nêzîkî 4 log kêm kirin; li ser wê pîvanê ev kêmbûneke 10,000 carî an 99.99 ji sed e. Tu yek ji wan ji aliyê statîstîkî ve ji klorheksîdînê cuda nebû. Nirxên tenê ronahiyê û rengê tenê di tarîtiyê de wek jimareyên log ên cuda û pêbawer nehatin raporkirin. Ji ber vê yekê kurteya rast ew e ku gotar piştgiriyê dide: rengê kapsulkirî yê bi ronahiyê aktîvkirî kêmbûn çêkir, reng di tarîtiyê de nekir, û di vê modela biyofilma ciwan de mezinahiya bandorê bi pîvana antîseptîkê re hevaheng bû.

Tu yek ji van gotaran mezinbûna ji nû ve piştî pêvajoyê, biyokutleya mayî an avahiya matrîsê nepîvand. Kêmbûneke CFU li ser matrîsa mayî tiştek nabêje. Kêmbûneke metabolîk li ser yên sax mane tiştek nabêje. Jimartineke DNA nikare bêje ka kî zindî ye.

Berawirdkirina ceribandin û pîvanên encamê

Ev tablo amûra berawirdkirinê ya vê gotarê ye. Rêzekê ji aliyekê heta aliyê din bixwînin da ku bibînin lêkolînek çi îspat dike, û stûnekê ji jor ber bi jêr bixwînin da ku bibînin ka her du lêkolîn jî bersiva kîjan pirsan nadin.

Sê cudahî hêjayî xêzkirinê ne. Yekem, di modela gihîştî de koma tenê ronahiyê hema hema tevahiya bandora metabolîk rave dike, ji ber vê yekê jimareya 55 ji sed ne kuştineke bi navbeynkariya rengê ye. Duyem, di modela ciwan de formulasyon di tarîtiyê de bêçalak e û bandor tenê bi ronahiyê xuya dibe; ev nîşana aktîvkirina bi ronahiyê ye. Sêyem, kêmbûna 80 ji sed di jimartinên ji DNA hatine derxistin de, ji aliyê matematîkê ve tenê wê demê nêzîkî 0.7 log e ku guherbar jimartinên zindî be. Lê ew ne wisa ye, ji ber vê yekê divê tu carî wek kuştineke log neyê vegotin. Çarçoveya têkildar a biyofilma diranan di biyofilma devê û lêkolîna diranan de hatiye berhevkirin, û rêbaza giştî ya jihevveqetandina modelan, rêyên gihandinê û pîvanên encamê di nav lêkolînan de bi hûrgilî di rêbera rêbazên laboratuwarî de hatiye şirovekirin.

Çima lêkolînên biyofilmê pêdivî bi rêzikên xwendinê yên taybet hene

Çar guherbar diyar dikin ka encameke şîna metîlenê li ser biyofilmê ji derveyî plaka xwe jî wateyekê heye an na.

Temenê biyofilmê û matrîs di rêza yekem de ne. Biyofilmên kevntir stûrtir in, girêdanên navberî yên wan zêdetir in, û ketina rengê nav wan dijwartir e. Nivîskarên 2021 ketina rengê û belavbûna lawaz a ronahiyê di biyofilma rêkûpêk de wek astengên sereke binav dikin. Stratejiyên hilgirê wek kapsulkirina di sîklodekstrînê de hewl in da ku rasterast bersiva wê astengê bidin; ji ber vê yekê formulasyon guherbareke ceribandinî ye, ne hûrgiliyeke biçûk.

Hesabkirina dozê di rêza duyem de ye. Li vir nirxên enerjiyê li ser her yekîniya rûberê hema hema çil carî ji hev cuda ne, ji 8.1 heta 320 J li ser her cm çargoşe di heman dirêjahiya pêlê de; hêza ronahiyê li ser her yekîniya rûberê jî ji 90 mW heta çend W li ser her cm çargoşe diguhere. Heman dirêjahiya pêlê nayê wê wateyê ku rûbirûbûn bi ronahiyê heman e, û tu yek ji lêkolînan dozê bi têra xwe bi awayekî sîstematîk naguherîne da ku kêşeyeke têkiliya doz û encamê diyar bike.

Kontrol di rêza sêyem de ne. Lêkolîneke bê koma rengê di tarîtiyê de nikare jehrîbûna xweser ji hesabê derxe, û lêkolîneke bê koma tenê ronahiyê nikare tu bandorê bi aktîvkirina bi ronahiyê ve girê bide. Her du gotar jî her du kontrolan dihewînin, û ev aliyekî erênî yê wan e. Gotara biyofilma gihîştî nîşan dide ka çima koma tenê ronahiyê girîng e: bê wê, encama metabolîk dê wek bandora rengê bihata xwendin.

Pîvanên encamê di rêza çarem de ne. Zindîbûn, metabolîzm, pirbûna DNA, biyokutle, avahî û mezinbûna ji nû ve şeş îdiayên cuda ne. Tu gotara li vir ji duyan zêdetir napîve. Bi taybetî mezinbûna ji nû ve di hemûyan de tune ye, ji ber vê yekê domdariya bandorê nehatiye pîvandin, ne ku hatiye nîşandan.

Ev li ser dermankirina enfeksiyonê çi piştrast nake

Di tu yek ji van amadekariyan de gera xwînê, şaneyên parastinê, herikîna tifê, nûbûna şileya şiklên benîştê, an paqijkirina mekanîkî ya madeyên nehewce tune ye. Konsantrasyona rengê di kortekê de ne konsantrasyona di tevnê de ye piştî gihandina bi her rêyekê di mirovekî de. Rûbirûbûneke yekcarî ya 5 deqîqeyan an 90 çirkeyan bi ronahiyê re ji bo biyofilmeke laboratuwarî ya ciwan an heta gihîştî, ne pêvajoyeke terapiyê ye. Nivîskarên biyofilma gihîştî bixwe vê yekê dibêjin, dema ku fotodînamîkê wek alîkareke gengaz a rakirina mekanîkî pênase dikin, ne wek rêbazeke serbixwe ya ji holê rakirina bi tevahî.

Kurteya rast sînordar û xurt e. Şîna metîlenê ya bi ronahiyê aktîvkirî dikare metabolîzm û pirbûna ku ji DNA tê derxistin di civakeke gihîştî ya mîkroorganîzmayên devê ya laboratuwarî de kêm bike, bê ku wê hilweşîne; di wê sazûmanê de tenê ronahî piraniya bandora metabolîk çêdike. Rengê ku bi sîklodekstrînê tê hilgirtin û bi ronahiyê tê aktîvkirin dikare jimartinên zindî di biyofilmeke streptokokî ya ciwan a laboratuwarî de bi çend astên mezinahiya logarîtmî kêm bike, heta radeyeke ku di heman modelê de bi klorheksîdînê re tê berawirdkirin. Ka yek ji van çavdêriyan dikare ji bo enfeksiyona di mirovekî de jî derbasdar be an na, bi gihandinê, gihîştina ronahiyê, oksîjenê, anatomiyê û pîvanên encamê yên klînîkî ve girêdayî ye; ev ceribandin qet ji bo pîvandina wan nehatibûn sêwirandin.