В застарелых ранах была выявлена бактерия, которая не только устойчива к медикаментам, но и выделяет молекулы, негативно влияющие на клетки кожи и замедляющие процесс восстановления тканей.
Исследования показали, что использование антиоксидантов для нейтрализации этих молекул способствует восстановлению клеток кожи и активирует заживление.
Проблема хронических ран становится все более актуальной на глобальном уровне. Каждый год около 18,6 миллионов людей по всему миру страдают от диабетических язв стопы. У одной трети пациентов с диабетом в течение жизни развивается язва стопы.
Эти длительные раны часто приводят к ампутациям нижних конечностей, так как инфекции затрудняют заживление, создавая порочный круг осложнений.
В Сингапуре наблюдается рост случаев хронических ран, таких как диабетические язвы, пролежни и венозные язвы ног. Каждый год фиксируется более 16 000 новых случаев, особенно среди пожилых людей и людей с диабетом.
Исследование показало, что бактерия Enterococcus faecalis активно препятствует процессу заживления. Команда также установила, что блокировка ее действия позволяет клеткам кожи восстановиться и заживать.
E. faecalis — это условно-патогенный микроорганизм, часто связанный с хроническими инфекциями, такими как диабетические язвы. Эти раны сложно лечить и часто остаются незаживающими, что увеличивает риск тяжелых осложнений и ампутаций.
Устойчивость этой бактерии к антибиотикам усугубляет ситуацию. Некоторые штаммы E. faecalis уже не реагируют на множество распространенных антибиотиков, что делает борьбу с инфекциями более сложной.
Хотя врачи давно отмечают, что инфекции замедляют заживление ран, механизмы этого процесса оставались неясными до настоящего времени.
Исследования проводились под руководством доцента NTU Гийома Тибо и профессора Кимберли Клайн из Женевского университета, которая также является приглашенным профессором в Сингапурском центре экологических наук о жизни и инженерии при NTU.
Исследователи обнаружили, что E. faecalis ведет себя иначе, чем другие бактерии, инфицирующие раны. Вместо выделения токсинов, бактерия производит активные формы кислорода, которые нарушают нормальную функцию клеток кожи.
Первый автор исследования, доктор Аарон Тан, выяснил, что E. faecalis использует процесс, известный как внеклеточный перенос электронов, который приводит к постоянному образованию перекиси водорода — активной формы кислорода, способной повреждать живые ткани.
Присутствие E. faecalis в ране приводит к окислительному стрессу в клетках кожи. Лабораторные эксперименты показали, что этот стресс активирует защитные механизмы в кератиноцитах, отвечающих за заживление.
Обычно такая реакция помогает клеткам справляться с повреждениями, замедляя процессы, необходимые для восстановления. Однако в данном случае эта реакция фактически блокирует клетки, мешая им перемещаться к области раны.
Чтобы подтвердить важность этого механизма, ученые протестировали генетически модифицированный штамм E. faecalis, который не имел пути внеклеточного переноса электронов. Эти бактерии производили значительно меньше перекиси водорода и не могли препятствовать заживлению.
Полученные результаты подтвердили, что метаболический процесс критически важен для нарушения восстановления кожи E. faecalis. Команда также исследовала, может ли нейтрализация перекиси водорода помочь в восстановлении клеток.
Обработка клеток кожи каталазой, природным антиоксидантным ферментом, который расщепляет перекись водорода, снижала уровень клеточного стресса и восстанавливала их способность мигрировать и заживлять раны.
Этот подход представляет собой альтернативное решение для борьбы с инфекциями, вызванными устойчивыми к антибиотикам E. faecalis. Вместо уничтожения бактерий антибиотиками, стратегия направлена на нейтрализацию вредных молекул, которые они выделяют.
«Наши результаты показывают, что метаболизм бактерий является оружием, что стало неожиданным открытием, ранее не известным ученым, - отметил доцент Тибо. - Вместо того чтобы сосредотачиваться на уничтожении бактерий антибиотиками, что усложняется и приводит к будущей устойчивости к антибиотикам, мы можем нейтрализовать их, блокируя вредные продукты и восстанавливая заживление ран. Мы воздействуем не на источник, а на истинную причину хронических ран — активные формы кислорода».
Данное исследование устанавливает связь между метаболизмом бактерий и дисфункцией клеток человека, открывая новые горизонты для терапевтического лечения хронических ран.
Исследователи предполагают, что будущие перевязочные материалы, содержащие антиоксиданты, такие как каталаза, могут улучшить процесс заживления.
Поскольку антиоксиданты, такие как каталаза, уже хорошо изучены и широко используются, команда считает, что этот подход может быть быстрее внедрен в клиническую практику, чем разработка новых лекарств.
Поскольку механизм воздействия был продемонстрирован на клетках кожи человека, полученные результаты имеют прямое отношение к физиологии человека и могут привести к новым методам лечения для пациентов с незаживающими ранами.
В дальнейшем исследователи планируют провести клинические испытания после определения наиболее эффективных способов доставки антиоксидантов, основываясь на текущих исследованиях на животных моделях.
