慢性伤口
Chronic wounds

慢性伤口指伤口不能按照正常愈合的三期进行,而是进入持续的炎症状态。目前,慢性伤口的发生率越来越高,给患者造成严重伤害,导致重度感染。慢性伤口的常见潜在原因包括糖尿病、血管疾病、行动不便和细菌感染。

慢性伤口是一个日益严重的健康问题

由于人口老龄化和肥胖率增加,患慢性创伤的人数正达到流行病的比例。糖尿病足溃疡、压疮和静脉性腿溃疡都可能导致伤口不能正常愈合。

在正常情况下,伤口愈合的过程包括多个步骤,包括止血;炎症;细胞分裂以取代受损细胞(增殖和迁移);以及疤痕形成(重塑)。


而通常情况下,伤口愈合过程很快,不会发生意外。但是,在慢性创伤中,这一过程停滞不前;通常处于炎症状态。这意味着伤口可能会持续几个月甚至几年。

在慢性伤口中,伤口愈合过程在炎症阶段停滞不前,使其易受细菌感染。


细菌生物膜造成的慢性伤口


大约60-78%的慢性伤口含有细菌生物膜(Malone et al. 2017),细菌在其中聚集并粘附在开放伤口的表面。在形成细菌生物膜后,细菌会产生一种黏性物质,保护自己免受人体免疫系统和抗生素的伤害。


细菌生物膜如何影响伤口愈合

金黄色葡萄球菌是慢性伤口的细菌生物膜中最常见的微生物类型。生物膜中的细菌会分泌出对人体细胞不利的物质。但是目前还不清楚这些物质如何影响伤口愈合的过程。我们通过发表在《FEMS Microbes 》上的 "The effects of Staphylococcus aureus biofilm conditioned media on 3T3 fibroblasts"了解细菌生物膜如何影响伤口愈合。

这项研究的目的是使用成纤维细胞系来模拟伤口,并从慢性伤口中分离出来的金黄色葡萄球菌菌株。
细菌以生物膜的形式生长,其分泌部分用于研究。稀释分泌物组分有助于了解分泌物对成纤维细胞的影响程度。通过模拟伤口,研究细菌分泌因子如何影响成纤维细胞的迁移和分裂能力。进一步研究了一些已知在成纤维细胞在伤口愈合中起重要作用的蛋白质。




结果

一、生物膜分泌物降低了成纤维细胞代谢活性和生存能力

通过MTT法检测细胞代谢活性,发现50%生物膜分泌物处理就会降低成纤维细胞的代谢活性,75%以上就会显著降低。



随后通过伤口划痕实验发现,75%生物膜分泌物处理会显著降低细胞迁移距离,细胞形态发生变化。同时削弱细胞增殖能力。



二、生物膜分泌物处理会导致细胞周期停止和衰老

持续使用50%和75%的生物膜分泌物处理成纤维细胞7天,测量β-半乳糖苷酶,结果显示从第5天到第7天β-半乳糖苷酶显著增加。后期时间点的细胞呈显扁平状,多核细胞频率增加,细胞周期停止在G2M。


三、生物膜分泌物影响细胞骨架蛋白并增强细胞间粘附

生物膜分泌物会抑制细胞骨架蛋白F-acting和α-tubulin。



细胞核为蓝色,F-acting为红色,α-tubulin为绿色

细胞粘附实验发现,生物膜分泌物以剂量依赖性增强细胞间粘附。



、生物膜分泌物改变了细胞连接和粘附蛋白外观和大小

1、β-catenin从细胞膜转移至细胞质

2、降低了粘附蛋白vinculin和paxillin的形态大小




结论
细菌影响成纤维细胞在伤口愈合中的行为

当用分泌的细菌生物膜部分处理成纤维细胞时,细胞的形状发生了改变。长时间的处理降低了成纤维细胞的分裂(增殖)率和迁移能力。短期处理增加了相邻成纤维细胞之间的接触数量,改变了与粘附蛋白有关的位置和形态大小。
这意味着暴露于金黄色葡萄球菌分泌物的慢性伤口边缘的成纤维细胞也可能受到类似的影响。细菌分泌因子可以减少成纤维细胞的增殖和迁移,从而有助于慢性感染创面的延迟愈合。
综上所述,研究结果表明金黄色葡萄球菌生物膜通过几种机制抑制伤口愈合。这包括阻止细胞分裂和迁移,增加成纤维细胞与周围成纤维细胞的粘附。
参考文献

[1]Malone M, Bjarnsholt T, McBain AJ, et al. The prevalence of biofilms in chronic wounds: a systematic review and meta-analysis of published data. J Wound Care. 2017;26(1):20-25. doi:10.12968/jowc.2017.26.1.20

[2]Leigh Madden, Shyan Huey Low, Anthony R J Phillips, Kimberly A Kline, David L Becker, The effects of Staphylococcus aureus biofilm conditioned media on 3T3 fibroblasts, FEMS Microbes, Volume 2, 2021, xtab010, https://doi.org/10.1093/femsmc/xtab010

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