Onderzoek naar een blauw licht LED-apparaat om wondpathogenen te onderdrukken met behulp van een collageengebaseerd synthetisch huidmodel

Ons onderzoek onderzoekt hoe een blauw licht van 405 nanometer veilig wondpathogenen kan onderdrukken met behulp van een collageengebaseerd synthetisch huidmodel. De meeste studies gebruiken bouillonculturen, agarplaten of diermodellen. We introduceren een realistisch, reproduceerbaar huidnabootsingsplatform voor fototherapietests.

Om te beginnen verkrijg je de gewenste bacteriële en schimmelstammen. Kies een enkele geïsoleerde kolonie en inoculeer deze aseptisch in vijf milliliter tryptische sojabouillon. Zodra alle stammen zijn geïnënteerd, broed je de culturen uit.

Na de gewenste incubatietijd past u de troebelheid aan met behulp van steriele PBS naar de 0,5 McFarland-standaard voor antimicrobiële assays. Neem vervolgens vooraf voorbereide collageen-gehydrateerde synthetische huidsecties en inoculeer elk deel met 100 microliter microbiële suspensie. Met een steriele spreider verdeel je de suspensie gelijkmatig over het oppervlak.

Vervolgens laten ze de ingeënte monsters aan de lucht drogen in een steriele kamer onder omgevingsomstandigheden. Wijs de monsters toe aan drie behandelgroepen voor verschillende lichtblootstelling. Voor bestraling monteer je het blauwe LED-apparaat op een aluminium koelafvoer.

Gebruik een gekalibreerde optische vermogensmeter om de straling op exact het behandelvlak te meten. Pas de hoogte van de probe aan om rekening te houden met de dikte van de sensor. Pas nu de werpafstand van de LED aan om de werkstraling te standaardiseren op 30 milliwatt per vierkante centimeter.

Plaats de geënte huidstalen uit groep B aseptisch in steriele Petrischalen zonder deksel. Plaats de schotels direct onder de blauwe LED-lamp en bestral gedurende 15 minuten om een streeffluence van 27 joule per vierkante centimeter te bereiken. Bestral groep C op vergelijkbare wijze twee minuten onder UVC-licht om een streeffluentie van 3,6 joule per vierkante centimeter te bereiken.

Na bestraling brengt u de behandelde synthetische huidproef over in een steriele buis van 15 milliliter met negen milliliter PBS bij pH 7,4 en laat deze voorzichtig vortexen om microben die aan het oppervlak hechten te verwijderen. Bereid nu tienvoudige seriële verdunningen van de suspensie voor. Plaats 100 microliter van de geselecteerde verdunningen op de agarplaten en bevrucht de platen.

Aan het einde van de incubatieperiode telt u het aantal kolonies en registreert u het aantal kolonievormende eenheden. Bereken microbiële reductie met behulp van de gepresenteerde vergelijkingen. Om nosocomiale luchtblootstelling te simuleren, gebruik je een aangepaste acryl-aerosolkamer onder gecontroleerde omgevingsomstandigheden.

Plaats steriele agarplaten in de kamer om de microbiële neerslag te monitoren. Plaats vervolgens de steriele huidstaaltjes in de kamer. Met een vernevelaar aerosoliseer je twee milliliter microbieel suspensiemateriaal in de kamer en stel je de stalen 30 minuten lang bloot aan continu blauw licht van 10 microwatt per vierkante centimeter vanaf een afstand van 20 centimeter.

Voor de besturing herhaal je identieke kameromstandigheden met het blauwe lichtapparaat uitgeschakeld. Kwantificeer levensvatbare tellingen van de stalen met standaard plaattellinganalyse. Voor FTIR-analyse kun je synthetische huidstalen aanschaffen en hydrateren volgens de instructies van de fabrikant.

Verdeel de gehydrateerde stalen in vier sets op een steriel oppervlak. Blootstel twee sets stalen aan 405-nanometer blauw licht met een intensiteit van 30 milliwatt per vierkante centimeter. Stel één set voor 15 minuten en de andere voor 60 minuten.

Op dezelfde manier kun je twee sets swatches blootstellen aan 265-nanometer UVC-licht met een intensiteit van drie milliwatt per vierkante centimeter, waarbij één set 15 minuten wordt blootgesteld en de andere 60 minuten. Na bestraling dep je de monsters voorzichtig om het oppervlaktevocht te verwijderen. Analyseer de monsters met FTIR-spectroscopie om chemische en structurele veranderingen te beoordelen.

Configureer het FTIR-instrument in ATR-modus en bereid het kristaloppervlak voor op het plaatsen van het monster. Plaats het swatch op het ATR-kristal voor spectrale acquisitie. Voer directe spectrale vergelijkingen uit tussen onbehandelde controle- en bestraalde monsters.

Gebruik vervolgens de onbehandelde controleproef als achtergrondreferentie en scan de bestraalde monsters om baseline subtractie spectra te verkrijgen. Het blauwlicht-LED-apparaat toonde significante antimicrobiële effectiviteit tegen alle geteste wondpathogenen op synthetische huidmodellen. Gemiddelde logaritme-reducties tonen soortafhankelijke verschillen in vatbaarheid, waarbij Klebsiella pneumoniae de grootste gevoeligheid voor blauw licht vertoont en Staphylococcus aureus relatief lagere, maar nog steeds significante vermindering.

UVC-bestraling bereikte hogere microbiële reducties over alle geteste soorten. Blauw licht en UVC-bestraling toonden brede antimicrobiële activiteit tegen klinisch relevante bacteriële pathogenen, waaronder Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus en Candida albicans. Blootstelling aan blauw licht veroorzaakte een tijdsafhankelijke vermindering van alle drie de wondpathogenen, waarbij Escherichia coli en Candida albicans snel inactiveerden, en Staphylococcus aureus een langzamere, progressieve achteruitgang vertoonde.

De effectiviteit van blauw licht werd verder beoordeeld onder gesimuleerde luchtvervuilingsomstandigheden. Continue blootstelling verminderde de microbiële afzetting op synthetische huidoppervlakken aanzienlijk ten opzichte van onbehandelde controles voor elke geëvalueerde soort. Baseline-gecorrigeerde ATR-FTIR-spectra gaven aan dat UVC-behandeling de intensiteit van amidepieken verminderde en de koolstof-zuurstof rektrillingen versterkte, wat collageenafbraak weerspiegelde.

Daarentegen veroorzaakte blootstelling aan blauw licht geen significante spectrale of chemische veranderingen. Deze methode evalueert fototherapie-lichtbronnen door de effectiviteit van antimicrobiële middelen te testen, terwijl de integriteit en veiligheid van collageen op huidachtige oppervlakken behouden blijven. De belangrijkste uitdaging bij dit protocol is het behouden van uniforme bestraling en nauwkeurige fluentiecontrole van de lichtbronnen om reproduceerbare antimicrobiële resultaten te garanderen.

Dit protocol kan worden uitgebreid naar biofilmtesten, oxidatieve stressanalyse, optimalisatie van next-generation lichtapparaten en screening van vergelijkbare nieuwe therapeutische interventies.