コラーゲンベースの合成皮膚モデルを用いた創傷病原体抑制のためのブルーライトLEDデバイスの研究

私たちの研究は、405ナノメートルのブルーライトがコラーゲンベースの合成皮膚モデルを用いて、どのようにして傷の病原体を安全に抑制できるかを調査しています。ほとんどの研究ではブロス培養、寒天プレート、または動物モデルが用いられます。光線療法検査用のリアルで再現可能な皮膚模倣プラットフォームを導入します。

まず、希望する細菌株と真菌株を入手しましょう。単一の単独コロニーを選び、5ミリリットルのトリプティック大豆ブロスに無菌接種します。すべての株に接種が完了したら、培養菌を培養します。

望ましい潜伏時間の後、無菌PBSを用いて濁度を抗菌アッセイ用の0.5マクファーランド標準に調整します。次に、事前に準備されたコラーゲンベースの水分合成皮膚切片を取り、各切片に100マイクロリットルの微生物懸濁液を接種します。滅菌スプレッダーを使い、懸濁液を表面全体に均等に分散させます。

その後、接種済みサンプルを無菌チャンバーで環境下で自然乾燥させます。サンプルを異なる光曝露のために3つの処理グループに割り当てます。照射には、ブルーライトLEDデバイスをアルミ製のヒートシンクに取り付けてください。

校正済みの光パワーメーターを使って、正確な処理面での放射度を測定します。センサーの厚さに合わせてプローブの高さを調整してください。次にLEDの放射距離を調整し、動作放射量を30ミリワット毎平方センチメートルに標準化します。

B群の接種済み皮膚スウォッチを無菌で蓋のない無菌ペトリ皿に入れます。アンテナを青色光LEDの真下に置き、15分間照射して目標のフルエンス27ジュール/平方センチメートルを達成します。同様に、グループCをUVC光で2分間照射し、目標フルエンス3.6ジュール毎平方センチメートルに到達させます。

照射後、処理済みの合成皮膚スワッチをpH7.4の無菌15ミリリットル管に移し、表面に付着した微生物を9ミリリットル入りの管に移し、優しく渦巻きて表面に付着した微生物を押し出します。さあ、サスペンションを10倍に希釈する準備をしろ。選定した希釈液から100マイクロリットルを寒天プレートにプレートし、培養します。

潜伏期間の終わりには、コロニーの数を数え、コロニー形成ユニットの数を記録します。提示された式を用いて微生物還元を計算します。院内空気中の曝露をシミュレートするために、管理された環境条件下でカスタマイズされたアクリルエアロゾルチャンバーを使用します。

無菌寒天プレートをチャンバー内に置き、微生物の降下物活動を監視します。次に、滅菌された皮膚のスワッチをチャンバー内に配置します。ネブライザーを使い、2ミリリットルの微生物懸濁液をチャンバー内にエアロゾル化し、スウォッチを10マイクロワット毎平方センチメートルのブルーライトで20センチメートルの距離から30分間連続的に照射します。

コントロールでは、ブルーライト装置をオフにして同じチャンバー条件を繰り返します。標準的なプレートカウント分析でスウォッチから有効なカウントを定量化します。FTIR分析には、合成皮膚スワッチを入手し、製造元の指示に従って水分補給してください。

水分を含んだスウォッチを滅菌された表面で4セットに分けます。2セットのスウォッチを405ナノメートルの青色光に30ミリワット毎平方センチメートルの強度で照射します。一方は15分間、もう一方は60分間露光します。

同様に、2セットのスウォッチを265ナノメートルのUVC光に3ミリワット毎平方センチメートルの強度で照射し、1セットは15分、もう1セットは60分露光します。照射後、サンプルを優しく吸い取って表面の水分を取り除きます。FTIR分光法を用いて試料を分析し、化学的および構造的変化を評価します。

FTIR装置をATRモードで設定し、試料配置のために結晶表面を準備します。スペクトル取得のためにスウォッチをATRクリスタルに置きます。未処理の対照サンプルと照射されたサンプルの直接スペクトル比較を行います。

次に、未処理のコントロールスウォッチを背景基準として使用し、照射された試料をスキャンしてベースラインの減算スペクトルを取得します。青色LEDデバイスは合成皮膚モデルで試験されたすべての創傷病原体に対して有意な抗菌効果を示しました。平均的なログ減少は種ごとの感受性の違いを示しており、Klebsiella pneumoniaeが青色光に対する感受性が最も高く、黄色ブドウ球菌は比較的低いものの有意な減少を示します。

UVC照射は、すべての試験対象種でより高い微生物還元を実現しました。ブルーライトおよびUVC照射は、大腸菌、緑膿菌、黄色ブドウ球菌、カンジダ・アルビカンスなど臨床的に関連した細菌病原体に対して広域抗菌活性を示しました。ブルーライトへの曝露は、3つの創傷病原体すべてが時間依存的に減少し、大腸菌とカンジダ・アルビカンスは急速に不活化し、黄色ブドウ球菌は進行性の減少が遅かった。

さらに、空気中の汚染条件下でブルーライトの有効性を評価しました。継続的な曝露は、評価対象のすべての種において未処理対照群と比較して合成皮膚表面への微生物沈着を有意に減少させました。ベースライン補正されたATR-FTIRスペクトルは、UVC処理がアミドピークの強度を低下させ、炭素-酸素の伸縮振動を増加させ、コラーゲン分解を反映していることを示しました。

一方、ブルーライト曝露は顕著なスペクトルや化学的変化を誘発しませんでした。この方法は、コラーゲンの完全性と皮膚のような表面の安全性を維持しつつ、抗菌効果を試験することで光線療法の光源を評価します。このプロトコルの最大の課題は、光源の均一な放射度と正確なフルエンス制御を維持し、抗菌効果の再現性を確保することです。

このプロトコルはバイオフィルム検査、酸化ストレス解析、次世代光デバイス最適化、および類似の新規治療介入のスクリーニングにも拡張可能です。