Ингибирующее действие лазерного света с длиной волны 405 нм на бактериальную биопленку в уретральном стенте

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3908 (2023) Цитировать эту статью

709 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Клиническое использование уретральных стентов обычно осложняется различными побочными эффектами, включая дизурию, лихорадку и инфекцию мочевыводящих путей (ИМП). Биопленки (образованные бактериями, такими как Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus), прилипающие к стенту, вызывают ИМВП у стентированных пациентов (приблизительно 11%). К нежелательным последствиям применения антибиотиков относятся бактериальная резистентность, увеличение веса и диабет 1 типа, которые возникают при длительном применении антибиотиков. Мы стремились оценить эффективность новой оптической обработки лазером с длиной волны 405 нм для подавления роста бактерий в уретральном стенте in vitro. Уретральный стент выращивали в бульонной среде S. aureus в течение трех дней, чтобы вызвать образование биопленки в динамических условиях. Были протестированы различные времена облучения лазерным светом с длиной волны 405 нм (5, 10 и 15 минут). Эффективность оптической обработки биопленок оценивалась количественно и качественно. Производство активных форм кислорода помогло устранить биопленку на уретральном стенте после облучения с длиной волны 405 нм. Скорость ингибирования соответствовала снижению колониеобразующих единиц/мл бактерий на 2,2 log после облучения 0,3 Вт/см2 в течение 10 мин. Обработанный стент показал значительное снижение образования биопленки по сравнению с необработанным стентом, о чем свидетельствуют SYTO 9 и окрашивание йодидом пропидия. МТТ-анализ с использованием клеточной линии CCD-986sk не выявил токсичности после 10 мин облучения. Мы пришли к выводу, что оптическая обработка лазерным светом с длиной волны 405 нм подавляет рост бактерий в уретральных стентах с нулевой или минимальной токсичностью.

Уретральные стенты (УЗ) используются для лечения обструкции выходного отдела мочевого пузыря, вызванной различными заболеваниями. Стриктуры уретры, доброкачественная гиперплазия предстательной железы (ДГПЖ) и диссинергия детрузора и сфинктера (ДСД) являются показаниями для установки УЗИ у подходящих пациентов1. Обычно УЗИ изготавливается из металлического сплава (нитинола), полимерных материалов или биоразлагаемого материала, достаточно прочного, чтобы поддерживать проходимость уретры. Кулха и др. сообщили о долгосрочной эффективности УЗИ 63% у пациентов с рецидивирующими стриктурами уретры2. Таким образом, осложнениями установки стента являются неудачные результаты установки стента, такие как миграция стента, образование инкрустации, хроническая инфекция мочевыводящих путей, боль в уретре и рестеноз3. Ридл и др. обнаружили, что у всех пациентов с хроническими постоянными стентами наблюдаются колонизация стента и бактериурия. Временные стенты также широко колонизированы, частота встречаемости составляет 69%, а у 45% пациентов наблюдается бактериурия; такая микробная колонизация вызывает ИМВП4. ИМП вызывают грамположительные и отрицательные бактерии, такие как Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Proteus mirabilis, Enterococcus faecalis и Staphylococcus aureus (S. aureus), а также некоторые грибы5.

Мочевая инфекция может возникнуть при имплантации стерильного УЗИ в организм человека. Биопленка – это скопление бактерий и их внеклеточных побочных продуктов, которые образуют организованное сообщество на поверхности6. Рост биопленки существенно влияет на посторонние предметы или оборудование, имплантированные в организм человека. За последние несколько десятилетий для урологических применений был разработан широкий спектр инородных тел, таких как УЗИ, имплантируемые устройства, слинги6. Таким образом, биопленки на поверхности имплантата высокоструктурированы и содержат активно растущие популяции бактерий, белков и внеклеточных полимеров. Повышенное образование биопленок может привести к устойчивости бактерий к антибиотикам и хроническим инфекциям7.

В настоящее время для предотвращения инфекций мочевыводящих путей используются антибиотики и покрытия стентов8. Хотя большинство антибиотиков широко распространены, некоторые противомикробные препараты имеют потенциальные побочные эффекты, если их применять в течение длительного периода времени9. Риски использования антибиотиков включают бактериальную резистентность, ожирение и диабет10. Побочные эффекты применения антибиотиков могут включать нарушение всасывания, приводящее к целиакии, снижение всасывания лекарств, изменение метаболизма и всасывания витаминов, колонизацию устойчивыми организмами и изменение восприимчивости к инфекциям11. Применение лазера для ингибирования бактерий через оптические волокна привлекает внимание как альтернативный метод решения этих проблем12,13.