Исследование устройства с синим светом светодиода для подавления патогенов ран с использованием синтетической модели кожи на основе коллагена

Наше исследование изучает, как 405-нанометровый синий свет может безопасно подавлять патогены ран, используя синтетическую кожную модель на основе коллагена. Большинство исследований используют бульонные культуры, агаровые тарелки или животные модели. Мы внедряем реалистичную, воспроизводимую платформу для фототерапии.

Для начала получите нужные бактериальные и грибковые штаммы. Выберите одну изолированную колонию и асептически инокулируйте её в пять миллилитров триптического соевого бульона. После вакцинации всех сортов инкубируют культуры.

После желаемого времени инкубации отрегулировать мутность с помощью стерильного PBS до стандарта Макфарланда 0,5 для антимикробных анализов. Далее возьмите ранее подготовленные коллагенные увлажнённые синтетические секции кожи и инокулируйте каждую часть 100 микролитрами микробной суспензии. С помощью стерильного распределителя равномерно распределите подвеску по поверхности.

Затем инокуляционные образцы сушите на воздухе в стерильной камере в условиях окружающей среды. Распределите образцы по трём группам обработки для разного воздействия света. Для облучения установите устройство с синим светом светодиода на алюминиевый радиатор.

Используйте калиброванный оптический измеритель мощности для измерения излучения в точной плоскости обработки. Отрегулируйте высоту датчика с учётом толщины датчика. Теперь отрегулируйте расстояние передачи светодиода, чтобы стандартизировать рабочее излучение до 30 милливатт на квадратный сантиметр.

Инокулированные образцы кожи из группы B асептически поместите в стерильные чашки Петри без крышек. Разместите тарелки прямо под синим светодиодом и облучайте в течение 15 минут, чтобы достичь целевого флюэнса 27 джоулей на квадратный сантиметр. Аналогично, облучите группу C под ультрафиолетовым светом в течение двух минут, чтобы получить целевую флюэнс 3,6 джоуля на квадратный сантиметр.

После облучения переместите обработанный синтетический образец кожи в стерильную трубку объемом 15 миллилитров с девятью миллилитрами PBS при pH 7,4 и аккуратно выкрутите её, чтобы вытеснить поверхностно прилипшие микробы. Теперь приготовьте десятикратное серийное разбавление подвески. Пластинка 100 микролитров из выбранных разбавлений на агарные пластины и инкубирует пластины.

В конце инкубационного периода подсчитайте количество колоний и зафиксируйте количество единиц, формирующих колонии. Вычислите микробное восстановление с использованием представленных уравнений. Для имитации воздействия в воздухе в нозокомии используйте специализированную акриловую аэрозольную камеру в контролируемых условиях окружающей среды.

Разместите стерильные агарные пластины внутри камеры для мониторинга активности микробного осадка. Затем разместите стерильные образцы кожи внутри камеры. С помощью небулайзера аэрозоль введите два миллилитра микробной суспензии в камеру и подвергите образцы непрерывному синему свету с мощностью 10 микроватт на квадратный сантиметр с расстояния 20 сантиметров в течение 30 минут.

Для управления повторяйте идентичные условия камеры с выключенным устройством синего света. Количественно определите жизнеспособные счёты по образцам с помощью стандартного анализа количества пластин. Для анализа FTIR получите синтетические образцы кожи и увлажните их согласно инструкции производителя.

Разделите гидратированные образцы на четыре серии на стерильной поверхности. Подвергайте два набора образцов синему свету диаметром 405 нанометров с интенсивностью 30 милливатт на квадратный сантиметр. Экспонируйте один набор на 15 минут, другой — на 60 минут.

Аналогично, подвергайте два набора образцов 265-нанометровому ультрафиолетовому свету с интенсивностью три милливатта на квадратный сантиметр, при этом один — 15 минут, другой — 60 минут. После облучения аккуратно промокните образцы, чтобы удалить поверхностную влагу. Проанализировать образцы с помощью спектроскопии FTIR для оценки химических и структурных изменений.

Настройте инструмент FTIR в режиме ATR и подготовьте поверхность кристалла для размещения образца. Разместите образец на кристалле ATR для спектрального захвата. Проведите прямые спектральные сравнения между необработанными контрольными и облучёнными образцами.

Далее используйте необработанный контрольный образец в качестве фонового ориентира и отсканируйте облучённые образцы, чтобы получить вычитаемые спектры по базовой линии. Устройство с синим светом продемонстрировало значительную антимикробную эффективность против всех протестированных патогенов ран на синтетических кожных моделях. Средние редукции логарифма выявляют различия в восприимчивости, зависящие от видов: Klebsiella pneumoniae демонстрирует наибольшую чувствительность к синему свету, а Staphylococcus aureus — сравнительно ниже, хотя и значительное снижение.

Ультрафиолетовое облучение достигло более высокого микробного снижения у всех исследуемых видов. Синий свет и ультрафиолетовое облучение продемонстрировали широкоспектровую антимикробную активность против клинически значимых бактериальных патогенов, включая Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus и Candida albicans. Воздействие синего света вызвало временное снижение всех трёх патогенов ран: Escherichia coli и Candida albicans быстро инактивировались, а Staphylococcus aureus показал более медленное прогрессирующее снижение.

Эффективность синего света дополнительно оценивалась при имитации воздушного загрязнения. Постоянное воздействие значительно снижало микробное накопление на синтетических поверхностях кожи по сравнению с необработанными контролями для каждого оцениваемого вида. Исходные спектры ATR-FTIR показали, что обработка UVC снижает интенсивность амидных пиков и усиливает колебания растяжения углерода и кислорода, отражая разрушение коллагена.

В отличие от этого, воздействие синего света не вызывало значимых спектральных или химических изменений. Этот метод оценивает источники света фототерапии путём проверки антимикробной эффективности при сохранении целостности коллагена и безопасности на поверхностях, похожих на кожу. Ключевая задача в этом протоколе — поддержание равномерного излучения и точного контроля флюэнса источников света, чтобы обеспечить воспроизводимые антимикробные эффекты.

Этот протокол может быть расширен на тестирование биопленок, анализ окислительного стресса, оптимизацию световых устройств следующего поколения и скрининг аналогичных новых терапевтических вмешательств.