Ảnh hưởng diệt khuẩn của plasma argon không nhiệt trong ống nghiệm, trong màng sinh học và trong mô hình động vật của vết thương nhiễm trùng

Journal of Medical Microbiology - Tập 60 Số 1 - Trang 75-83 - 2011
Svetlana A. Ermolaeva1, Alexander F. Varfolomeev1, М. Yu. Chernukha1, Dmitry S. Yurov1, M. M. Vasiliev2, Anastasya A. Kaminskaya1, Mikhail M. Moisenovich3, Julia M. Romanova1, А. Н. Мурашев4, И. И. Селезнева5, Tetsuji Shimizu6, Elena V. Sysolyatina1, I. А. Shaginyan1, О. Ф. Петров2, E. I. Mayevsky5, В. Е. Фортов2, G. E. Morfill6, Boris S. Naroditsky1, Gintsburg Al1
11Gamaleya Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow, Russia
22Joint Institute of High Temperatures, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
3#N#3Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia#N#
44Shemyakin and Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences, Pushchino, Russia
55Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences, Pushchino, Russia
6Theory and Complex Plasmas, MPI for Extraterrestrial Physics, Max Planck Society

Tóm tắt

Plasma vật lý không nhiệt (nhiệt độ thấp) đang được nghiên cứu mạnh mẽ như một phương pháp thay thế để kiểm soát các vết thương bề mặt và nhiễm trùng da khi hiệu quả của các tác nhân hóa học yếu do sự kháng cự tự nhiên của mầm bệnh hoặc màng sinh học. Mục đích của nghiên cứu này là thử nghiệm sự nhạy cảm riêng lẻ của vi khuẩn gây bệnh đối với plasma argon không nhiệt và đo lường hiệu quả của các phương pháp điều trị plasma đối với vi khuẩn trong màng sinh học và trên bề mặt vết thương. Tổng thể, vi khuẩn Gram âm nhạy cảm hơn với điều trị plasma so với vi khuẩn Gram dương. Đối với các vi khuẩn Gram âm như Pseudomonas aeruginosa, Burkholderia cenocepacia và Escherichia coli, không có trường hợp nào sống sót trong số 105 c.f.u. ban đầu sau 5 phút điều trị plasma. Độ nhạy cảm của vi khuẩn Gram dương phụ thuộc vào loài và chủng. Streptococcus pyogenes là loài kháng cự nhất với 17% sống sót trong số 105 c.f.u. ban đầu sau 5 phút điều trị plasma. Staphylococcus aureus có độ kháng phụ thuộc vào chủng với mức sống sót từ 0 đến 10% trong 105 c.f.u. của các chủng Sa 78 và ATCC 6538, tương ứng. Staphylococcus epidermidis và Enterococcus faecium có độ kháng trung bình. Khí argon không ion hóa không có tác dụng diệt khuẩn. Màng sinh học đã phần nào bảo vệ vi khuẩn, với hiệu quả bảo vệ phụ thuộc vào độ dày của màng sinh học. Vi khuẩn trong các lớp sâu hơn của màng sinh học sống sót tốt hơn sau khi điều trị plasma. Một mô hình chuột với một vết thương rạch nông bị nhiễm P. aeruginosa và chủng Staphylococcus aureus nhạy cảm với plasma Sa 78 đã được sử dụng để đánh giá hiệu quả của điều trị plasma argon. Một liệu trình 10 phút đã giảm đáng kể tải lượng vi khuẩn trên bề mặt vết thương. Một liệu trình plasma kéo dài 5 ngày đã loại bỏ P. aeruginosa khỏi động vật được điều trị plasma sớm hơn 2 ngày so với những động vật chứng. Một sự gia tăng có ý nghĩa thống kê về tỷ lệ đóng vết thương đã được quan sát thấy ở các động vật được điều trị plasma sau ngày thứ ba của liệu trình. Quá trình lành vết thương ở các động vật được điều trị plasma đã chậm lại sau khi liệu trình kết thúc. Tổng thể, kết quả cho thấy tiềm năng lớn của plasma argon không nhiệt trong việc loại bỏ vi khuẩn gây bệnh khỏi màng sinh học và bề mặt vết thương.

Từ khóa

#plasma vật lý không nhiệt #vi khuẩn Gram âm #vi khuẩn Gram dương #màng sinh học #điều trị plasma #vết thương nhiễm trùng

Tài liệu tham khảo

Avetisian, 2009, Genotypic features of Pseudomonas aeruginosa strains circulating in surgical hospital, Zh Mikrobiol Epidemiol Immunobiol, 5, 33

Bland, 1996, Transformations, means, and confidence intervals, BMJ, 312, 1079, 10.1136/bmj.312.7038.1079

Bogle, 2006, Plasma skin regeneration technology, Skin Therapy Lett, 11, 7

Brook, 1998, Aerobic and anaerobic microbiology of infection after trauma, Am J Emerg Med, 16, 585, 10.1016/S0735-6757(98)90225-X

Bukharin, 1997, The photometric determination of the antilysozyme activity of microorganisms, Zh Mikrobiol Epidemiol Immunobiol, 4, 117

Calugaru, 2005, The effect of the plasma needle on tumoral cell lines apoptosis, Roum Arch Microbiol Immunol, 64, 57

Chang, 1985, UV inactivation of pathogenic and indicator microorganisms, Appl Environ Microbiol, 49, 1361, 10.1128/AEM.49.6.1361-1365.1985

Chau, 1996, Microwave plasmas for low-temperature dry sterilization, Biomaterials, 17, 1273, 10.1016/S0142-9612(96)80003-2

Davey, 2000, Microbial biofilms: from ecology to molecular genetics, Microbiol Mol Biol Rev, 64, 847, 10.1128/MMBR.64.4.847-867.2000

Elsaie, 2008, Evaluation of plasma skin regeneration technology for cutaneous remodeling, J Cosmet Dermatol, 7, 309, 10.1111/j.1473-2165.2008.00411.x

Hong, 2009, Sterilization effect of atmospheric plasma on Escherichia coli and Bacillus subtilis endospores, Lett Appl Microbiol, 48, 33, 10.1111/j.1472-765X.2008.02480.x

Hury, 1998, A parametric study of the destruction efficiency of Bacillus spores in low pressure oxygen-based plasmas, Lett Appl Microbiol, 26, 417, 10.1046/j.1472-765X.1998.00365.x

Isbary, 2010, A first prospective randomized controlled trial to decrease bacterial load using cold atmospheric argon plasma on chronic wounds in patients, Br J Dermatol, 163, 78, 10.1111/j.1365-2133.2010.09744.x

Joaquin, 2009, Is gas-discharge plasma a new solution to the old problem of biofilm inactivation?, Microbiology, 155, 724, 10.1099/mic.0.021501-0

Kamgang, 2007, Destruction of planktonic, adherent and biofilm cells of Staphylococcus epidermidis using a gliding discharge in humid air, J Appl Microbiol, 103, 621, 10.1111/j.1365-2672.2007.03286.x

Kaminskaya, 2007, Stimulation of biofilm formation by insertion of Tetrahymena pyriformis wells within Burkholderia cenocepacia biofilms, Mol Gen Microbiol Virol, 22, 186, 10.3103/S0891416807040088

Kayes, 2007, Inactivation of foodborne pathogens using a one atmosphere uniform glow discharge plasma, Foodborne Pathog Dis, 4, 50, 10.1089/fpd.2006.62

Kong, 2009, Plasma medicine: an introductory review, New J Phys, 11, 115012, 10.1088/1367-2630/11/11/115012

Lassen, 2005, The dependence of the sporicidal effects on the power and pressure of RF-generated plasma processes, J Biomed Mater Res B Appl Biomater, 74, 553, 10.1002/jbm.b.30239

Lee, 2006, Sterilization of bacteria, yeast, and bacterial endospores by atmospheric-pressure cold plasma using helium and oxygen, J Microbiol, 44, 269

Lerouge, 2000a, Plasma-based sterilization: effect on surface and bulk properties and hydrolytic stability of reprocessed polyurethane electrophysiology catheters, J Biomed Mater Res, 52, 774, 10.1002/1097-4636(20001215)52:4<774::AID-JBM23>3.0.CO;2-O

Lerouge, 2000b, Effect of gas composition on spore mortality and etching during low-pressure plasma sterilization, J Biomed Mater Res, 51, 128, 10.1002/(SICI)1097-4636(200007)51:1<128::AID-JBM17>3.0.CO;2-#

Lynch, 2008, Bacterial and fungal biofilm infections, Annu Rev Med, 59, 415, 10.1146/annurev.med.59.110106.132000

Millard, 1976, Surface analysis and depth profile composition of bacterial cells by x-ray photoelectron spectroscopy and oxygen plasma etching, Biochem Biophys Res Commun, 72, 1209, 10.1016/S0006-291X(76)80259-8

Moisan, 2001, Low-temperature sterilization using gas plasmas: a review of the experiments and an analysis of the inactivation mechanisms, Int J Pharm, 226, 1, 10.1016/S0378-5173(01)00752-9

Moreau, 2007, Gliding arc discharge in the potato pathogen Erwinia carotovora subsp. atroseptica : mechanism of lethal action and effect on membrane-associated molecules, Appl Environ Microbiol, 73, 5904, 10.1128/AEM.00662-07

Moreau, 2008, Nonthermal plasma technologies: new tools for bio-decontamination, Biotechnol Adv, 26, 610, 10.1016/j.biotechadv.2008.08.001

Purevdorj, 2003, Effect of feed gas composition of gas discharge plasmas on Bacillus pumilus spore mortality, Lett Appl Microbiol, 37, 31, 10.1046/j.1472-765X.2003.01341.x

Rice, 2009, The clinical consequences of antimicrobial resistance, Curr Opin Microbiol, 12, 476, 10.1016/j.mib.2009.08.001

Romanova, 2009, Persistence of Burkholderia cenocepacia bacteria in vivo in dependence of their ability to form biofilms, Zh Mikrobiol Epidemiol Immunobiol, 4, 29

Rupf, 2010, Killing of adherent oral microbes by a nonthermal atmospheric plasma jet, J Med Microbiol, 59, 206, 10.1099/jmm.0.013714-0

Shaginian, 2003, Clinical strains of Burkholderia cepacia : characteristic and detection of the components in the quorum sensing regulatory system, Mol Gen Mikrobiol Virusol, 4, 15

Shaginian, 2010, Microbial population of lower respiratory tract in children from different age groups with cystic fibrosis, Zh Mikrobiol Epidemiol Immunobiol, 1, 15

Sharma, 2009, Differential gene expression in Escherichia coli following exposure to nonthermal atmospheric pressure plasma, J Appl Microbiol, 107, 1440, 10.1111/j.1365-2672.2009.04323.x

Sharp, 1939, The lethal action of short ultraviolet rays on several common pathogenic bacteria, J Bacteriol, 37, 447, 10.1128/JB.37.4.447-460.1939

Shimizu, 2008, Characterization of microwave plasma torch for decontamination, Plasma Process Polym, 5, 577, 10.1002/ppap.200800021

Strateva, 2009, Pseudomonas aeruginosa – a phenomenon of bacterial resistance, J Med Microbiol, 58, 1133, 10.1099/jmm.0.009142-0

Takenaka, 2001, Artificial Pseudomonas aeruginosa biofilms and confocal laser scanning microscopic analysis, J Infect Chemother, 7, 87, 10.1007/s101560100014

Venezia, 2008, Lethal activity of nonthermal plasma sterilization against microorganisms, Infect Control Hosp Epidemiol, 29, 430, 10.1086/588003

Thông tin
Thông tin xuất bản

Journal of Medical Microbiology

Tập 60 Số 1

75-83

Thông tin tác giả