مقالة بحثية

دراسة جهاز LED بالضوء الأزرق لقمع مسببات الأمراض للجروح باستخدام نموذج جلدي صناعي قائم على الكولاجين

855 مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/69403

⸱

فبراير 24, 2026

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1School of Engineering Technology and Applied Sciences (SETAS), Centennial College, 2Cofan Thermal/Violumas

في هذه المقالة

ملخص

يظهر جهاز LED بضوء أزرق بطول 405 نانومتر فعالية مضادات الميكروبات ضد مجموعة واسعة من مسببات أمراض الجروح عند تقييمه على نموذج جلدي صناعي قائم على الكولاجين. يقدم هذا النهج المبسط في المختبر بديلا قابلا للتكرار وقابلا للتطبيق أخلاقيا لتقييم المراحل المبكرة للعلاجات المضادة للميكروبات المعتمدة على الضوء.

الملخص

تتعرض إدارة الجروح التقليدية لتحديات متزايدة بسبب ارتفاع مقاومة المضادات الحيوية والآثار الجانبية السامة للعوامل التقليدية. العلاج الضوئي، وخاصة باستخدام الضوء الأزرق (BL)، يقدم بديلا واعدا غير جراحي وغير تلامسي. قيمت هذه الدراسة فعالية وسلامة جهاز BL-LED بقياس 405 نانومتر ضد طيف واسع من مسببات الأمراض الطبية المهمة باستخدام نموذج جلدي صناعي قائم على الكولاجين، مع التأكيد على جدة تطبيق هذه المنصة في اختبارات مضادات الميكروبات المعتمدة على الضوء. يوفر هذا الجلد الصناعي بيئة أكثر واقعية، حيث يحاكي بنية وتضاريس جلد الإنسان. أظهرت خرائط توحيد الضوء وجود إشعاع ثابت عبر قطر 10 سم (30.14 ± 0.78 ميلي واط/سممربع). حقق الجهاز انخفاضا كبيرا في سجل الميكروبات المعتمد على الطلاقة يصل إلى 3.5 عند 27 جول/سممربع، مما أظهر فعالية أعلى بكثير مما ورد في دراسات مماثلة. تم تأكيد نشاطه واسع الطيف ضد مسببات أمراض ESKAPE وكانديدا ألبيكانس، وهو ميزة مهمة لإدارة التهابات الجروح متعددة الميكروبات. كان الاكتشاف الرئيسي هو القابلية التفاضلية بين الأنواع، حيث أظهرت Klebsiella pneumoniae أعلى حساسية بينما أثبتت المكورات العنقودية الذهبية أنها الأكثر مقاومة. ويرجع ذلك على الأرجح إلى التغيرات في بنية الغلاف الميكروبي ومحتوى الجزيئات الحساسة للضوء، والتي تؤثر على نوع الأكسجين التفاعلي (ROS). أظهرت تجارب النقل البصري وتحليلات المستعمرات السطحية مقابل المستعمرة المدمجة عدم وجود دلالة إحصائية، مما يشير إلى إمكانية تطبيق BL لتثبيط مسببات الأمراض تحت الجلد. أكد تحليل مطيافية الأشعة تحت الحمراء أن تعرض BL، حتى عند تدفق عالي (108 جول/سممربع)، لم يسبب أي تدهور كيميائي أو شكلي قابل للكشف في مصفوفة الكولاجين، على عكس التأثيرات الضارة التي لوحظت مع التحكم في الأشعة فوق البنفسجية المبيدة للجراثيم. وأخيرا، أظهر تقييم فريد في غرفة رذاذ أن علاج BL يقلل من ترسيب الميكروبات على الأسطح بأكثر من 95٪، مما يبرز إمكانياته في التخفيف من عدوى الأنف الطارية. تظهر هذه النتائج مدى ملاءمة الركائز التي تحاكي الجلد كبديل متاح لتقييم BL في الاختبارات قبل السريرية، مما يلغي الحاجة إلى نماذج حيوانية.

المقدمة

تشكل التهابات الجروح تحديا مستمرا وعبئا كبيرا على نظام الرعاية الصحية العالمي وتؤثر على جودة حياة المرضى. غالبا ما يتعقد شفاء الجروح بسبب العدوى الميكروبية التي تؤخر إغلاق الجروح الجلدية، مما يؤدي إلى ظهور آفات وجروح مزمنة في الغالب لدى كبار السن ومرضى السكري. تعتمد استراتيجيات إدارة الجروح التقليدية على المضادات الحيوية والمطهرات والمواد الكيميائية والعوامل النشطة الحيوية الطبيعية التي تثبط بشكل أساسي الكائنات المسببة للجروح. بينما هذه الطرق التقليدية فعالة في تسريع عملية الشفاء من خلال تقليل الخلايا الالتهابية وزيادة عدد الخلايا الليفية، إلا أنها مرتبطة بالعديد من الآثار الجانبية. العديد من مضادات الميكروبات الموضعية المستخدمة في ضمادات الجروح ليست صديقة للبشرة بشكل عام وقد تؤدي إلى تأثيرات غير مرغوبة مثل جفاف الجلد، وتهيج الأنسجة، والتأثيرات السامة على الخلايا اللازمة لعملية شفاء الجرح2. مقاومة مضادات الميكروبات (AMR)، التي يبلغ عنها على نطاق واسع بسبب الإفراط في استخدام المضادات الحيوية3، وخاصة الاستخدام الجهازي للمضادات الحيوية، تهدد جدواها طويلة الأمد للعلاجات الدوائية الحالية. وبالنظر إلى هذه القيود في الممارسة السريرية الحالية، يتم التأكيد على الحاجة إلى بدائل أكثر أمانا واستدامة لإدارة الجروح، خاصة الطرق غير التلامسية والخالية من الألم مثل العلاج الضوئي.

العلاج الضوئي، الذي يستغل الطيف المرئي للضوء، حظي باهتمام متزايد كتدخل واعد، غير جراحي وغير دوائي لتطبيقات جلدية وعلاجية متنوعة. تمتد تطبيقاته من تجديد البشرةالعام 4 والتحسينات التجميلية إلى علاجات مستهدفة لحالات مثل حب الشباب وعلاجات مكافحة الشيخوخة. من بين الأطوال الموجية المرئية (400-760 نانومتر)، حظي الضوء الأزرق، الذي يتراوح عادة بين 400 نانومتر و480 نانومتر، باهتمام علمي وسريري كبير بسبب إمكاناته العلاجية متعددة الأوجه5. على عكس الأشعة فوق البنفسجية، وخاصة نطاق UV-C (100-280 نانومتر)، الذي يستخدم على نطاق واسع لتعقيم الأسطح بسبب خصائصه القاتلة للجرثومات لكنه يحمل مخاطر موثقة جيدا من تلف الحمض النووي، وتكوين السرطانات، وسرطان الجلد، يصنف الضوء الأزرق كإشعاع غير مؤين. هذا الفرق الأساسي يجعل الضوء الأزرق أكثر أمانا بطبيعته للأنسجة البشرية،لأنه لا يمتلك الطاقة لإتلاف الحمض النووي الخلوي مباشرة أو إحداث تأثيرات طفرية.

تم الإبلاغ عن النشاط المضاد للميكروبات للضوء الأزرق ضد كل من بكتيريا الجرام الموجبة6 والجرامسالبة 7 . تم إجراء بعض التجارب السريرية للتحقق من صحة استخدام علاج الضوء الأزرق ضد العدوى أو الاضطرابات الشائعة8، مثل كبح حب الشباب بروبيونيبكتيريوم الذي يسبب حب الشباب الفولغاريس9، وعلاج التهابات المعدة10 الناتجة عن التهاب الهيليكوباكتر بيلوري. ومع ذلك، لم يتم الإبلاغ عن التجارب السريرية التي تحقق في فعالية عدوى الجروح المضادة للميكروبات. تظهر عدد متزايد من الدراسات المخبرية الحديثة أن الضوء البنفسجي-الأزرق (400-420 نانومتر) قادر على تعطيل عدة مسببات أمراض ESKAPE مع الحفاظ على سمية خلوية منخفضة لخلايا الثدييات11. مؤخرا، أظهر الضوء الأزرق ضمن نطاق 410-430 نانومتر أنه يعدل نشاط الخلايا الليفية وترسيب الكولاجين، ويعزز تكاثر الخلايا، وينظم الاستجابات الالتهابية، ويولد أنواع الأكسجين التفاعلية ( ROS) عبر إثارة البورفيرين الداخلية التي تعطل خلايا البكتيريا12، مما يجعله مرشحا واعدا لتطبيقات شفاء الجروح.

ومع ذلك، فإن تعقيد شفاء الجروح، الذي يحدده متغيرات متعددة تشمل التباين الفردي، ونوع الجروح، والحالات الفسيولوجية والمرضية السابقة، يشكل تحديات كبيرة أمام البحث. لا يزال الاختبار المباشر في الجسم الحي لعلاجات الجروح معقدا بسبب التغيرات البيولوجية، والاعتبارات الأخلاقية، وتعقيد بيئات الجروح. نماذج الحيوانات، رغم استخدامها الشائع، غالبا ما تفشل في تمثيل فسيولوجيا جلد الإنسان بدقة وتقيد بمتطلبات تنظيمية صارمة13. دراسات شفاء الجروح التي تشمل التجارب السريرية نادرة وغالبا ما تكون ممثلة بسبب صغر حجم العينة، مما يتطلب عينات إحصائية كبيرة، وضوابط قوية، وموافقات أخلاقية صارمة. لتجاوز هذه الحواجز، ظهرت نماذج في المختبر تحاكي خصائص جلد الإنسان كمنصات فعالة للفحص الأولي14. أنظمة الجلد الصناعي المعتمدة على الكولاجين، مثل VITRO-Skin، تحاكي الجلد البشري من حيث الرقم الهيدروجيني، واحتفاظ الرطوبة وملمس السطح، وهي مثالية لاختبار التدخلات الخارجية تحت ظروف مضبوطة15. على الرغم من أن عدة دراسات أظهرت تأثيرات مضادة للميكروبات واسعة الطيف للضوء الأزرق، إلا أن معظمها استخدم مزارع المرق، أو ألواح الأجار، أو نماذج حيوانية، مع تطبيق محدود على الركائز الشبيهة بالجلد.

استنادا إلى الإمكانات المثبتة للضوء الأزرق ومزايا النماذج المختبرية ، تهدف الدراسة الحالية إلى اختبار فعالية جهاز الصمام الثنائي الصادر للضوء (LED) الذي يعمل عند ذروة طول موجة 405 نانومتر في كبح مسببات الأمراض الشائعة في الجروح. نقدم منهجية تقييم جديدة لتقييم فعالية شفاء الجروح بناء على نموذج ميكروبيوم مبسط يطبق على الجلد الصناعي المعتمد على الكولاجين. كما يقارن فعالية مضادات الميكروبات وتأثير الضوء الأزرق المولد بواسطة الديود الصادر عن الضوء (LED-BL) على تضاريس الجلد مع تدفق الأشعة فوق البنفسجية المبيد للجرثومات. على الرغم من أن هذه الطريقة تفتقر إلى تعقيد الأنظمة البيولوجية، إلا أنها تتبع نهجا عمليا يسمح بتجارب محكمة وقابلة للتكرار تتجاوز التباين والتعقيدات الأخلاقية المرتبطة بالدراسات الحية والتجارب السريرية، مما يسرع التقييم الأولي والفحص الأولي لتدخلات علاجية جديدة مماثلة. يكمن الابتكار المركزي في هذا العمل في تطبيق نموذج جلدي قائم على الكولاجين كمنصة قابلة للتكرار وقابلة للتحكم لتقييم فعالية مضادات الميكروبات بالضوء الأزرق، مصحوبة باختراق بصري، وتوحيد الجسم، وتحليلات سلامة قائمة على FTIR.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. تحضير عينات الجلد الصناعية

تم قطع ورقة نموذج جلد صناعي معتمدة على الكولاجين (VITRO-Skin) إلى عينات مستطيلة بقياس 5.0 سم × 2.5 سم في ظروف معقمة في خزانة أمان بيولوجي. كان يتم وضع كل قطعة في طبق بتري معقم ويخزن عند درجة حرارة 4 درجات مئوية حتى الاستخدام. قبل التطعيم، كانت العينات متوازنة مع درجة حرارة الغرفة وترطيبها في غرفة رطوبة وفقا لتعليمات الشركة المصنعة لمحاكاة مستوى الترطيب في جلد الإنسان.

2. تحضير الزراعة الميكروبية

سلالات مرجعية من مجموعة الزراعة النوعية الأمريكية (ATCC)، بما في ذلك المكورات العنقودية الذهبية (ATCC 25923)، الإشريكية القولونية (ATCC 25922)، جينات الأمعاء (ATCC 13048)، الزائفة الزائفة الهوائية (ATCC 27853)، Acinetobacter baumannii (ATCC 19606)، Klebsiella pneumoniae (ATCC 13883)، وCandida albicans (ATCC 10231)، استخدموا. تم تطعيم مستعمرات واحدة بمرق الصويا التريبتي (TSB) بسعة 5 مل تحت ظروف معهرة. تم حضن الزراعة البكتيرية عند حرارة 35 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، وتم حضن الزراعة الفطرية عند 22 درجة مئوية لمدة 5 أيام. بعد الحضانة، تم تعديل العكارة إلى 0.5 معيار ماكفارلاند (حوالي 1.5 × 10⁸ CFU/mL) باستخدام محلول ملحي فوسفات معقم (PBS) لإجراء اختبارات مضادات الميكروبات.

3. تطعيم نماذج الجلد الصناعي

تم تطعيم كل جزء من الجلد الصناعي المرطب ب 100 ميكرولتر من التعليق الميكروبي ونشره بالتساوي باستخدام موزع معقم يمكن التخلص منه. تم تجفيف الأسطح الملقحة بالهواء لمدة 15 دقيقة في غرفة معقمة تحت ظروف مختبرية محيطة (22-24 درجة مئوية، 60٪-70٪ رطوبة نسبية). تم توزيع العينات إلى ثلاث مجموعات: مجموعة تحكم غير معالجة (المجموعة أ)، مصدر الضوء (LED ضوء أزرق، 405 نانومتر) شعاع (المجموعة ب)، وإشعاع LED للأشعة فوق البنفسجية-C (265 نانومتر) (المجموعة ج). يوضح الشكل 1 التمثيل التخطيطي للتجارب في تقييم فعالية مصدر الضوء المضادة للميكروبات باستخدام نموذج الجلد الصناعي.

4. تكوين مصدر الضوء والإشعاع

تم تركيب جهاز LED بضوء أزرق بطول 405 نانومتر على مشتت حرارة من الألمنيوم لمنع تراكم الحرارة وضمان التعريض الحراري الآمن لعينات الجلد الصناعية (الشكل 2). تم قياس الإشعاع عند مستوى المعالجة الدقيق باستخدام مقياس طاقة بصري معاير، مع تعديل ارتفاع المجس لمراعاة سمك المستشعر. تم توحيد الإشعاع العامل إلى 30 ميلوواط/سم² عن طريق تعديل مسافة رمي LED.

تم التحقق من تجانس الإضاءة عبر مجال المعالجة من خلال قياس الإشعاع عند 16 نقطة متباعدة بشكل متساو، مما أعطى متوسط 30.14 ± 0.78 ميلي واط/سم² (الشكل 3). للمقارنة الأساسية لتأثيرات القتل الجراثيمية، أجريت معالجات UV-C باستخدام مصدر LED بطول 265 نانومتر يولد 3 mW/cm² على مسافة 20 سم لمدة دقيقتين.

تم حساب التدفق كتيار إشعاعي × زمن التعريض وكان يعادل 27 جول/سم² للضوء الأزرق (30 ميلي واط/سم² × 900 ثانية) و3.6 جول/سم² للأشعة فوق البنفسجية-سي.

في اختبارات مضادات الميكروبات، وضعت عينات الجلد الصناعي المرطب الملقحة بتعليق ميكروبي بشكل معقم في أطباق بتيري معقمة (تمت إزالة الأغطية) ووضعت مباشرة تحت ضوء LED الأزرق. تم تعريض العينات المخصصة لمجموعة الإشعاع (المجموعة B) بشكل مستمر حتى الوصول إلى التدفق المستهدف (15 دقيقة). تم اختيار مدة التعرض البالغة 15 دقيقة (27 جول/سم مربع) بناء على تجارب الموت الزمني، التي أظهرت فعالية مضادة للميكروبات متسقة عبر الأنواع مع تمثيل مدة تعرض عملية للتطبيقات السريرية أو في نقاط الرعاية. تمت مراقبة درجة حرارة كل عينة كل 5 دقائق باستخدام مقياس حرارة بالأشعة تحت الحمراء غير تلامسي للتأكد من عدم حدوث حرارة كبيرة أثناء الإضاءة. كشف مراقبة درجة الحرارة عن عدم وجود زيادة قابلة للقياس في درجة حرارة السطح (>2 درجة مئوية) أثناء الإشعاع بالضوء الأزرق، مما أكد أن التأثيرات المضادة للميكروبات المرصودة كانت غير حرارية.

5. فعالية مضادات الميكروبات لمصابيح LED وUV-C ضد مسببات أمراض الجروح

بعد العلاج، تم نقل كل عينة جلدية صناعية إلى أنبوب معقم بحجم 15 مل يحتوي على 9.0 مل PBS (درجة حموضة 7.4). تم تدوير الأنابيب بلطف لمدة دقيقة واحدة لإزالة الميكروبات الملتصقة بالسطح. تم إعداد تخفيفات متسلسلة بعشرة أضعاف، وتم طلاء 100 ميكرولتر أليكوت على جرار الصويا التريبتيكي (TSA) للبكتيريا وسابورو ديكستروز آجار (SDA) للفطريات. تم حضان الصفائح (بكتيريا عند 35 درجة مئوية لمدة 24 ساعة؛ الفطريات عند 22 درجة مئوية لمدة 5 أيام)، وتم تعداد وحدات تكوين المستعمرات (CFUs). تم قياس الاختزال الميكروبي باستخدام المعادلات التالية:

تقليل اللوغاريتمية = لوغارتم10(A) - لوغارتم10(B)

نسبة الانخفاض = ((A - B)/A) × 100

حيث A = عدد CFU من التحكم؛ B = عدد CFU من العينات المعالجة.

تكونت الضوابط السلبية من ألواح الوسائط فقط وPBS للتحقق من العقيم، بينما تم استخدام عينات مطعمة غير معالجة لمقارنة فعالية العلاج. تكونت ألواح التحكم الإيجابية من معلقات ميكروبية ATCC ملقحة لتأكيد جدوى الزراعة. تم تنفيذ جميع الخطوات التجريبية في ظروف معقرة.

6. فعالية مضادات الميكروبات المعتمدة على الوقت لأشعة الضوء الأزرق

لتقييم تأثير التدفق المعتمد، تم تعيين مدة التعرض للضوء الأزرق إلى دقيقتين، 5 دقائق، 10 دقائق، 15 دقيقة، 20 دقيقة، و30 دقيقة. تم تقييم النشاط المضاد للميكروبات بواسطة تعداد CFU كما سبق، مما أتاح تحليل العلاقات المعتمدة على الجرعة.

7. فعالية ضوء LED الأزرق في غرفة رذاذية تحاكي ظروف الأنف

تم استخدام غرفة هواء أكريليك مخصصة، تحت ظروف بيئية مضبوطة، لمحاكاة التعرض الجوي في الأنفسية (الشكل 4). تم إدخال معلقات ميكروبية هوائية (~1.5 × 106 وحدة قدم مكعب/مل) باستخدام جهاز رذاذ، وتم تعريض عينات الجلد الصناعية لمدة 30 دقيقة. كان الضوء الأزرق موجها نحو العينات طوال فترة التعريض (10 ميكروواط/سم²، مسافة 20 سم). في تجربة التحكم، تم تطبيق شروط تعرض متطابقة، لكن جهاز BL-LED ظل مغلقا. تمت مراقبة كثافات الخلايا الميكروبية داخل غرفة الهباء الجوي باستخدام قياسات نشاط التساقط، حيث وضعت صفائح الأجار داخل الحجرة قبل التعرض. تم قياس الخلايا الميكروبية الحية الملتصقة بعينات الجلد الصناعية (2 سم × 2 سم) باستخدام تحليل عدد الألواح القياسي كما هو موضح أعلاه. تم اختيار هذا الإشعاع المنخفض (10 ميكروواط/سم²) لمحاكاة ظروف الإضاءة المحيطة الواقعية في بيئات الرعاية الصحية، حيث لا يكون من الممكن الإشعاع المستمر عالي الشدة.

8. النقل البصري واختبار المستعمرة المدمجة

  1. النقل البصري عبر ركيزة الجلد الصناعي
    لقياس اختراق الضوء الأزرق عبر الجلد الصناعي، تم قياس الإشعاع باستخدام مقياس طاقة بصري معاير موضوع في مستوى المعالجة. تم تسجيل شدة BL (405 نانومتر، 30 ميلي واط/سم²) مع وبدون عينات جلدية صناعية مرطبة موضوعة أفقيا بين LED والكاشف. تم حساب الانتقال (٪) كنسبة الإشعاع المنقول (مع الجلد) إلى الإشعاع الساقط (بدون جلد).
    تم تقييم الانتقال في الظروف المائية باستخدام مطياف الرؤية فوق البنفسجية. تم إدخال شريط جلدي صناعي مرطب عموديا في كوفيت بوليسترين قياسي مملوء بماء منزوع الأيون. الكوفيت المملوء بالماء وحده كان الفراغ. تم تسجيل الامتصاص عند 405 نانومتر، وتم حساب نسبة الانتقال باستخدام نسبة النفط = 10(-A) × 100.
  2. التحقق الوظيفي باستخدام اختبار المستعمرة المدمجة
    أجريت اختبارات تقليل ميكروبية على السطح والمستعمرات المدمجة كارتباط وظيفي للنقل، حيث تم تلقيح عينات على سطح واحد لكنها مشعة من الجانب المقابل (السفلي) لمحاكاة الميكروبات الموجودة تحت سطح الجلد. تم قياس الوحدات الخالية من الميكروبات كما هو موضح أعلاه في قسم فعالية مضادات الميكروبات.

9. الطيف بالأشعة تحت الحمراء بضوء الفراغ لتدهور الجلد الصناعي بعد الضوء الأزرق والتعرض للأشعة فوق البنفسجية

لتقييم التغيرات الكيميائية والهيكلية المحتملة في مصفوفة الجلد الصناعي المعتمدة على الكولاجين بسبب التعرض للضوء، تم إجراء تحليل طيفي بالأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FT-IR). كانت عينات الجلد الصناعية (2 سم × 2 سم) ترطيب وفقا لتعليمات الشركة المصنعة، تماما مثل عينات العينات المستخدمة في اختبارات تقليل الميكروبات. تعرضت العينات المائية إما لضوء أزرق بقوة 405 نانومتر (30 ميلي واط/سم²) أو 265 نانومتر من الأشعة فوق البنفسجية-C (3 ميلي واط/سم²) لمدة 15 دقيقة (التعرض القياسي، 27 جول/سم²) أو 60 دقيقة (أسوأ حالات الإجهاد). بعد الإشعاع، تم مسح العينات بلطف لإزالة الرطوبة السطحية وتحليلها فورا بواسطة FT-IR.

10. قياس ATR-FTIR

تم الحصول على الأطياف باستخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء المزود ببرنامج تحليل متوافق. تم تحليل جميع العينات باستخدام وحدة iD7 ذات الانعكاس الكلي المخفف (ATR). لعزل التغيرات الطيفية الناتجة عن الإشعاع، (1) أجريت مقارنة طيفية مباشرة بين العينات غير المعالجة والعينات المشعة. (2) تم إجراء مقارنات مقطوعة من الأساس باستخدام عينة التحكم غير المعالجة كمرجع للخلفية قبل مسح العينات المشعة، مما يسمح بتصور القمم الجديدة أو المعدلة فقط.

يقلل هذا النهج المزدوج من الضوضاء الطبوغرافية ويحسن اكتشاف التغيرات الطفيفة في مناطق الأميد وبصمة الأصابع. تم توحيد مستوى الترطيب، وسمك العينة، والاتجاه عبر جميع العينات لتقليل التباين الطيفي. تم مسح كل حالة تعرض (BL-15 دقيقة، BL-60 دقيقة، UV-15 دقيقة، UV-60 دقيقة) بثلاث نسخ.

11. التحليل الإحصائي

أجريت جميع التجارب باستخدام ثلاثيات بيولوجية مستقلة ما لم يذكر خلاف ذلك. تعرض البيانات كمتوسط ± انحراف معياري (SD) أو كمتوسط بفترات ثقة 95٪ (CI)، كما هو موضح في أساطير الشكل. تم تقييم توزيع البيانات الطبيعي باستخدام اختبار شابيرو-ويلك. تم إجراء مقارنات زوجية بين مجموعتين (مثل الضوء الأزرق مقابل الأشعة فوق البنفسجية-C، المستعمرات السطحية مقابل المضمنة) باستخدام اختبارات t للطالب ذات الذيلين غير المزدوجة. للمقارنات التي تشمل أكثر من حالتين أو نقطتين زمنيتين، تم تطبيق تحليل التباين أحادي الاتجاه (ANOVA) يليه اختبار ما بعد الحدث المناسب. يتم الإشارة إلى الاختبار الإحصائي المحدد المستخدم لكل مقارنة في أسطورة الشكل المقابل. تم اعتبار قيمة p <0.05 ذات دلالة إحصائية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

فعالية مضادات الميكروبات لمصابيح LED وأشعة فوق البنفسجية UV-C ضد مسببات الأمراض في الجروح
أظهر جهاز LED الأزرق (405 نانومتر)، الذي عمل بشدة 30 مللي واط/سم² لمدة 15 دقيقة، فعالية مضادة للميكروبات كبيرة ضد جميع مسببات الأمراض المختبرة على نماذج الجلد الصناعي (الشكل 5). من بين الأنواع التي تم اختبارها، أظهرت Klebsiella pneumoniae أعلى حساسية للضوء الأزرق، مع متوسط انخفاض لوغاريتمي قدره 3.4 في عدد الخلايا القابلة للحياة. وعلى العكس، ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

تظهر هذه الدراسة الإمكانات المضادة للميكروبات الكبيرة لجهاز Blue Light LED (BL-LED) بقطر 405 نانومتر مقابل مجموعة من مسببات الأمراض الجراحية ذات الصلة سريريا التي تم اختبارها على نماذج جلدية صناعية تعتمد على الكولاجين. حقق التعرض ل-LED بتدفق 27 جول/سم² تخفيلا يصل إلى 3.5 لغاريتمية في الحمل الميكروبي (الشكل 6)، متجاوزا الأداء المضاد للميكروبات المبلغ عنه في عدة دراسات سابقة 6,7,17,18,19

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

لا يوجد تضارب مصالح لدى المؤلفين.

شكر وتقدير

تم تمويل هذه الدراسة (W24-21) من قبل "خدمات البحث التطبيقي والابتكار وريادة الأعمال" (ARIES)، كلية سنتينيال، كندا. تم توفير الإمدادات الميكروبية ومرافق BSL-2 من قبل "العلوم البيولوجية والبيئية التطبيقية (ABES)، كلية سنتينيال، كندا. يقدر المؤلفون الإرشادات التي قدمها أندرو باير وجيليان غورينغ في مجال الطيف FT-IR وطاقم غرفة التحضير لمساعدتهم في تحضير الوسائط وتعقيمها.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
Acinetobacter baumannii  مركز الموارد البيولوجية العالمي ATCCATCC 19606
الضوء الأزرق - الصمام الثنائي الصادر من الضوء  الفيولوماتلا يوجدBL-LED هو نموذج أولي وبالتالي لا يحمل رقم كتالوج  
كانديدا ألبكانز  مركز الموارد البيولوجية العالمي ATCCATCC 10231
Enterobacter aerogenesمركز الموارد البيولوجية العالمي ATCCATCC 13048
Escherichia coliمركز الموارد البيولوجية العالمي ATCCATCC 25922
تحويل فورييه تحت الأحمر   (FT-IR) مقياس الطيف الفوتومتري نيكوليت iS5ثيرمو ساينتفيكإقلادغاغفهدمازايستخدم برنامج OMNIC للتحليل
وحدة النقل المباشر FT-IR Nicolet iS5 iD1 (محول القاعدة)ثيرمو ساينتفيكIQLAADGAAGFAJAMAYX
وحدة الانكسار الداخلي المخفف بالألماس من نوع FT-IR Nicolet iS5 iD7ثيرمو ساينتفيكIQLAADGAAGFAJAMBFN
الحاضنة بيرسيفال ساينتيفيك 9330.01.06L
جهاز قياس الحرارة بالأشعة تحت الحمراءثيرمو فيشر ساينتفيك   06-664-254
<إم>كليبسييلا التهاب رئوي  مركز الموارد البيولوجية العالمي ATCCATCC 13883
محلول ملحي مخزن بالفوسفاتثيرمو فيشر ساينتفيك   AM9624رقم كتالوج PBS (ثيرمو فيشر ساينتيفيك) 
Pseudomonas aeruginosaمركز الموارد البيولوجية العالمي ATCCATCC 27853
سابورو ديكستروز آجاربي دي ديفكو DF0109-17-1رقم الكتالوج SAB (BD Difco)
Staphylococcus aureus  مركز الموارد البيولوجية العالمي ATCCATCC 25923
التربتيك صويا أغاربي دي ديفكوDF0369-17-6رقم كتالوج TSA (BD Difco)
مرق الصويا التربتيكيبي دي ديفكو DF0370-17-3رقم كتالوج TSB (BD Difco)
UV-LEDالفيولوماتلا يوجدUV-LED هو نموذج أولي وبالتالي لا يحتوي على رقم كتالوج  
مطياف UV-VIZ (مسح UV Genesys 10)ثيرمو ساينتيفيك 335907P
الجلد المختبريMEDELINKSKU24000الجلد المختبري

المراجع

  1. Altoé, L. S., et al. Does antibiotic use accelerate or retard cutaneous repair? A systematic review in animal models. PLoS One. 14 (10), e0223511(2019).
  2. Punjataewakupt, A., Napavichayanun, S., Aramwit, P. The downside of antimicrobial agents for wound healing. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 38 (1), 39-54 (2019).
  3. Cristea, A. -G., et al. Antimicrobial smart dressings for combating antibiotic resistance in wound care. Pharmaceuticals. 18 (6), 825(2025).
  4. Lee, S. Y., et al. A prospective, randomized, placebo-controlled, double-blinded, and split-face clinical study on LED phototherapy for skin rejuvenation. J Photochem Photobiol B. 88 (1), 51-67 (2007).
  5. Mamalis, A., Garcha, M., Jagdeo, J. Light-emitting diode-generated blue light modulates fibrosis characteristics. Lasers Surg Med. 47 (2), 210-215 (2015).
  6. Guffey, J. S., Wilborn, J. In vitro bactericidal effects of 405-nm and 470-nm blue light. Photomed Laser Surg. 24 (6), 684-688 (2006).
  7. Maclean, M., MacGregor, S. J., Anderson, J. G., Woolsey, G. Inactivation of bacterial pathogens following exposure to light from a 405-nm LED array. Appl Environ Microbiol. 75 (7), 1932-1937 (2009).
  8. Dai, T., et al. Blue light for infectious diseases: Propionibacterium acnes, Helicobacter pylori, and beyond. Drug Resist Updat. 15 (4), 223-236 (2012).
  9. Ammad, S., Gonzales, M., Edwards, C., Finlay, A. Y., Mills, C. An assessment of the efficacy of blue light phototherapy in acne. J Cosmet Dermatol. 7, 180-188 (2008).
  10. Lembo, A. J., et al. Treatment of H. pylori infection with intra-gastric violet light phototherapy. Lasers Surg Med. 41 (5), 337-344 (2009).
  11. Bauer, R., Hoenes, K., Meurle, T., Hessling, M., Spellerberg, B. Effects of violet and blue light irradiation on ESKAPE pathogens. Sci Rep. 11, 24473(2021).
  12. Magni, G., et al. Blue-LED-light photobiomodulation of inflammatory responses in mouse wounds. Life (Basel). 12 (10), 1564(2022).
  13. Ahmad, N. In vitro and in vivo characterization methods for evaluation of modern wound dressings. Pharmaceutics. 15 (1), 42(2022).
  14. Sutterby, E., Thurgood, P., Baratchi, S., Khoshmanesh, K., Pirogova, E. Evaluation of in vitro skin models for studying external stressors. VIEW. 3 (2), 20210012(2022).
  15. Balasubramanian, V., et al. Antibacterial properties of soft solids in solution and on biosurfaces. KONA Powder Part J. 42, 251-260 (2025).
  16. Riaz, T., et al. FTIR analysis of natural and synthetic collagen. Appl Spectrosc Rev. 53 (9), 703-746 (2018).
  17. Kawada, A., et al. Acne phototherapy with narrow-band blue light: An open study and in vitro investigation. J Dermatol Sci. 30 (2), 129-135 (2002).
  18. Fukui, M., et al. Specific-wavelength visible light inhibits growth of P. gingivalis. J Periodontal Res. 43 (2), 174-178 (2008).
  19. Enwemeka, C. S., et al. Visible 405 nm SLD light photodestroys MRSA in vitro. Lasers Surg Med. 40 (10), 734-737 (2008).
  20. Anju, V. T., et al. Polymicrobial infections and biofilms: eradication strategies. Antibiotics (Basel). 11 (12), 1731(2022).
  21. Maclean, M., et al. The role of oxygen in visible-light inactivation of S. aureus. J Photochem Photobiol B. 92 (3), 180-184 (2008).
  22. Ashkenazi, H., et al. Eradication of P. acnes by porphyrins and high-intensity blue light. FEMS Immunol Med Microbiol. 35 (1), 17-24 (2003).
  23. Fan, X., et al. Effects of 420-nm intense pulsed light in acne animal model. J Eur Acad Dermatol Venereol. 27 (9), 1168-1171 (2012).
  24. Sinclair, L. G., Rodríguez-López, L. Antibacterial efficacy of low-irradiance 405-nm light. Sci Rep. 13, 1-15 (2023).
  25. Amodeo, D., et al. Violet-blue (405 nm) LED lamps for disinfection in healthcare. Pathogens. 12 (11), 1338(2023).
  26. Ozdemir, G. D., et al. Lights out for superbugs: antimicrobial blue light. Adv Drug Deliv Rev. 224, 115654(2025).
  27. Metreveli, N. O., et al. UV-vis and FT-IR spectra of irradiated collagen with ascorbic acid. Ecotoxicol Environ Saf. 73 (3), 448-455 (2010).
  28. Tu, Y., Quan, T. Oxidative stress and human skin connective tissue aging. Cosmetics. 3 (3), 28(2016).
  29. Nashchekina, Y. A., et al. Collagen analysis by FTIR spectroscopy. J Phys Conf Ser. 1697, 012053(2020).
  30. Ploydaeng, M., Rajatanavin, N., Rattanakaemakorn, P. UV-C light for inactivation of microorganisms and skin side effects. Photodermatol Photoimmunol Photomed. 37 (1), 12-19 (2021).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

C

مقالات ذات صلة