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

تبحث أبحاثنا في كيفية قدرة الضوء الأزرق بقطر 405 نانومتر على كبح مسببات الأمراض للجروح بأمان باستخدام نموذج جلدي صناعي قائم على الكولاجين. تستخدم معظم الدراسات مزارع المرق، أو أطباق الأجار، أو نماذج الحيوانات. نقدم منصة واقعية وقابلة لتكرار محاكاة الجلد لاختبارات العلاج الضوئي.

للبدء، احصل على السلالات البكتيرية والفطرية المطلوبة. اختر مستعمرة معزولة واحدة وقم بتطعينها معقم بخمسة ملليلتر من مرق الصويا التريبتيكي. بمجرد تطعيم جميع السلالات، قم بحضانة الثقافات.

بعد فترة الحضانة المطلوبة، قم بضبط العكارة باستخدام PBS المعقمة لتناسب معيار ماكفارلاند 0.5 لاختبارات المضادات الحيوية. بعد ذلك، خذ مقاطع جلدية صناعية مرطبة معتمدة على الكولاجين معدة مسبقا وقم بتطعيم كل قسم ب 100 ميكرولتر من التعليق الميكروبي. باستخدام موزع معقم، وزع التعليق بشكل متساو على السطح.

ثم تجفيف العينات الملقحة في الهواء في غرفة معقمة تحت ظروف محيطة. خصص العينات إلى ثلاث مجموعات علاجية لتتفاوت التعرض للضوء. للتعرض للإشعاع، قم بتركيب جهاز LED الأزرق على مشتت حرارة من الألمنيوم.

استخدم جهاز قياس القدرة الضوئية المعايرة لقياس الإشعاع عند مستوى المعالجة الدقيق. اضبط ارتفاع المجس لأخذ سمك المستشعر في الاعتبار. الآن قم بضبط مسافة رمي LED لتوحيد الإشعاع العامل إلى 30 ملي واط لكل سنتيمتر مربع.

ضع عينات الجلد المتلقحة من المجموعة B بشكل معقم في أطباق بترى معقمة بدون أغطية. ضع الصحون مباشرة تحت ضوء LED الأزرق وقم بالإشعاع لمدة 15 دقيقة لتحقيق تدفق مستهدف يبلغ 27 جول لكل سنتيمتر مربع. وبالمثل، قم بإشعاع المجموعة C تحت ضوء UVC لمدة دقيقتين لتحقيق تدفق مستهدف يبلغ 3.6 جول لكل سنتيمتر مربع.

بعد الإشعاع، انقل عينة الجلد الاصطناعية المعالجة إلى أنبوب معقم بسعة 15 ملليتر يحتوي على تسعة ملليتر من PBS عند درجة حموضة 7.4، ثم قم بتدوير القطعة بلطف لإزالة الميكروبات الملتصقة بالسطح. الآن حضر عشرة أضعاف تخفيفات متسلسلة للتعليق. ضع 100 ميكرولتر من التخفيفات المختارة على ألواح الأغار، واحتضن اللوحات.

في نهاية فترة الحضانة، عد عدد المستعمرات وسجل عدد وحدات تشكيل المستعمرات. حساب الاختزال الميكروبي باستخدام المعادلات المعروضة. لمحاكاة التعرض الجوي في الأنوسوكوميوم، استخدم غرفة أكريليك مخصصة للرذاذ تحت ظروف بيئية مضبوطة.

ضع صفائح أجار معقمة داخل الغرفة لمراقبة نشاط التساقط الميكروبي. ثم ضع عينات الجلد المعقمة داخل الحجرة. باستخدام جهاز التنشيط، قم بتحويل اثنين ملليلتر من التعليق الميكروبي إلى الحجرة وتعرض العينات لضوء أزرق مستمر بقوة 10 ميكروواط لكل سنتيمتر مربع من مسافة 20 سنتيمترا لمدة 30 دقيقة.

بالنسبة للتحكم، كرر نفس ظروف الحجرة مع إيقاف تشغيل جهاز الضوء الأزرق. قم بقياس العد القابل للتطبيق من العينات باستخدام تحليل عدد الألواح القياسي. لتحليل FTIR، احصل على عينات جلدية صناعية ورطبها حسب تعليمات الشركة المصنعة.

قسم عينات القطع المائية إلى أربع مجموعات على سطح معقم. تعرض مجموعتين من العينات لضوء أزرق بقوة 405 نانومتر بقوة 30 مليلي واط لكل سنتيمتر مربع. عرض مجموعة واحدة لمدة 15 دقيقة والأخرى لمدة 60 دقيقة.

وبالمثل، تعرض مجموعتين من العينات لضوء UVC بقطر 265 نانومتر بشدة ثلاثة مليلي واط لكل سنتيمتر مربع، مع تعرض مجموعة واحدة لمدة 15 دقيقة والأخرى لمدة 60 دقيقة. بعد الإشعاع، قم بمسح العينات بلطف لإزالة الرطوبة السطحية. تحليل العينات باستخدام مطيافية FTIR لتقييم التغيرات الكيميائية والهيكلية.

قم بتكوين جهاز FTIR في وضع ATR وتحضير سطح البلورة لوضع العينات. ضع العينة على بلورة ATR لاكتساب الطيف. إجراء مقارنات طيفية مباشرة بين العينات الضابطة غير المعالجة والعينات المشعة.

بعد ذلك، استخدم عينة التحكم غير المعالجة كمرجع للخلفية وامسح العينات المشعة للحصول على أطياف مطروحة من خط الأساس الأساسي. أظهر جهاز LED الأزرق فعالية كبيرة في مضادات الميكروبات ضد جميع مسببات الأمراض المختبرة على نماذج الجلد الصناعي. تكشف التخفيضات المتوسطة في اللوغاريوم عن اختلافات تعتمد على النوع في القابلية، حيث أظهرت Klebsiella pneumoniae أكبر حساسية للضوء الأزرق، وأظهرت المكورات العنقودية الذهبية انخفاضا أقل نسبيا، وإن كان لا يزال ملحوظا.

حقق إشعاع UVC انخفاضات ميكروبية أعلى في جميع الأنواع المختبرة. أظهرت أشعة الضوء الأزرق وأشعة UVC نشاطا مضادا للميكروبات واسعة النطاق ضد مسببات الأمراض البكتيرية ذات الصلة سريريا، بما في ذلك الإشريكية القولونية، وPseudomonas aeruginosa، والمكيرات العنقودية الذهبية، والكانديدا ألبيكانس. تسبب التعرض للضوء الأزرق في انخفاض يعتمد على الوقت في مسببات الأمراض الثلاثة للجروح، حيث تعطلت الإشريكية القولونية والكانديدا ألبيكانس بسرعة، وأظهرت المكورات العنقودية الذهبية تدهورا أبطأ وتدريجيا.

تم تقييم فعالية الضوء الأزرق بشكل إضافي تحت ظروف تلوث جوي محاكاة. قلل التعرض المستمر بشكل ملحوظ من ترسيب الميكروبات على أسطح الجلد الصناعي مقارنة بالضوابط غير المعالجة لكل نوع تم تقييمه. أشارت أطياف ATR-FTIR المصححة للأساس إلى أن معالجة UVC قللت من شدة قمم الأميد وعززت اهتزازات تمدد الكربون-الأكسجين، مما يعكس تحلل الكولاجين.

في المقابل، لم يسبب التعرض للضوء الأزرق أي تغييرات طيفية أو كيميائية كبيرة. تقوم هذه الطريقة بتقييم مصادر الضوء للعلاج الضوئي من خلال اختبار فعالية مضادات الميكروبات مع الحفاظ على سلامة الكولاجين وسلامته على الأسطح الشبيهة بالجلد. التحدي الرئيسي في هذا البروتوكول هو الحفاظ على إشعاع موحد وتحكم دقيق في تدفق مصادر الضوء لضمان نتائج مضادة للميكروبات قابلة للتكرار.

يمكن توسيع هذا البروتوكول ليشمل اختبار الأغشية الحيوية، وتحليل الإجهاد التأكسدي، وتحسين أجهزة الضوء من الجيل القادم، وفحص التدخلات العلاجية المبتكرة المماثلة.