Потенциал фотодинамической инактивации с порфиринами в отношении планктонных и биоплёночных форм антибиотикорезистентных возбудителей раневых инфекций

Особый интерес антимикробная фотодинамическая инактивация (ФДИ) приобретает в условиях глобального распространения устойчивости к противомикробным препаратам. Цель. Оценка влияния порфиринов на планктонные и биоплёночные формы возбудителей раневых инфекций при фотодинамической инактивации in vitro. Материал и методы. Объекты: несимметричные водорастворимые порфирины, содержащие на периферии порфиринового цикла гетероциклические фрагменты: остатки бензоксазола (O-por), N-метил бензимидазола (N-por) и бензотиазола (S-por). Микроорганизмы: планктонные формы (n=91): клинические изоляты из раневого отделяемого с преобладанием в выборке грамположительных микроорганизмов; биоплёнки (n=20). Параметры ФДИ: источник света — светодиодная LED-лампа (белый свет) 20 Вт, световой поток в максимуме 1500–1800 Лм; время экспозиции: 10, 15, 30, 60 мин. Бактерицидная активность порфиринов на планктонные формы изучена методом «стерильного» пятна. Деструктивную активность порфиринов к биоплёнкам оценивали по изменению оптической плотности. Результаты. Антибиотикоустойчивость определена у 84,9% штаммов (95% ДИ 65,3–97,5). Три соединения порфиринов обеспечили высокий уровень лизиса 94,5% антибиотикорезистентных и антибиотикочувствительных штаммов (n=86; 95% ДИ 86,7–102,3) уже после 10 мин облучения. На 5,5% штаммов (n=5; 95% ДИ 14,9–25,9) порфирины не оказали бактерицидного действия; 80% (n=4) из этих штаммов — грамотрицательные микроорганизмы. Активность S-por и N-por порфиринов варьировала от слабого разрушения биоплёнки до отсутствия эффекта, для O-por определено отсутствие деструктивной активности. Заключение. Порфирины имеют выраженный бактерицидный потенциал в отношении планктонных форм грамположительных возбудителей инфекционных заболеваний в том числе с резистентностью к антибиотикам. Некоторые типы молекул (N-por, S-por) приводили к слабой деструкции биоплёнки.

1. Pérez-Laguna V., García-Luque I., Ballesta S., Rezusta A., Gilaberte Y. Photodynamic therapy combined with antibiotics or antifungals against microorganisms that cause skin and soft tissue infections: a planktonic and biofilm approach to overcome resistances. Pharmaceuticals (Basel). 2021; 23; 14 (7): 603. doi: 10.3390/ph14070603

2. World health statistics 2024: monitoring health for the SDGs, Sustainable Development Goals. Geneva: World Health Organization; 2024. Licence: CC BY-NC-SA 3.0 IGO.

3. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 25 сентября 2017 года N 2045-р «Об утверждении «Стратегии предупреждения распространения антимикробной резистентности в Российской Федерации на период до 2030 года».

4. Мишутина О. Л., Волченкова Г. В., Ковалева Н. С., Васильцова О. А., Фахрадова В. А. Фотодинамическая терапия в стоматологии (обзор литературы). Смоленский медицинский альманах. 2019; 3: 102–111. EDN PMCRWJ.

5. Shanazarov N. А., Zinchenko S. V., Kisikova S. D., Rizvanov A. A., Smailova S., Petukhov K. A. et al. Photodynamic therapy in the treatment of HPV-associated cervical cancer: mechanisms, challenges and future prospects. Biomedical Photonics. 2024; 13 (1): 47–55. doi: 10.24931/2413-9432-2023-13-1-47-55.

6. Суковатых Б. С., Григорьян А. Ю., Бежин А. И. Роль биоплёнки микроорганизмов в развитии раневого процесса. Вестник экспериментальной и клинической хирургии. 2022; 15: 1: 92–96. doi: https://doi.org/10.18499/2070-478X-2022-15-1-92-96.

7. de Melo W. C., Avci P., de Oliveira M. N., Gupta A., Vecchio D. et al. Photodynamic inactivation of biofilm: taking a lightly colored approach to stubborn infection. Expert Rev Anti Infect Ther. 2013 Jul; 11 (7): 669–693. doi: 10.1586/14787210.2013.811861.

8. Guffey J. S., Payne W., Jones T., Martin K. Evidence of resistance development by Staphylococcus aureus to an in vitro, multiple stage application of 405 nm light from a supraluminous diode array. Photomed Laser Surg. 2013; 31: 179–82. doi: 10.1089/pho.2012.3450.

9. Amin R. M., Bhayana B., Hamblin M. R., Dai T. Antimicrobial blue light inactivation of Pseudomonas aeruginosa by photo-excitation of endogenous porphyrins: in vitro and in vivo studies. Lasers Surg Med. 2016; 48: 562–568. doi: 10.1002/lsm.22474.

10. Pieranski M., Sitkiewicz I., Grinholc M. Increased photoinactivation stress tolerance of Streptococcus agalactiae upon consecutive sublethal phototreatments. Free Radic Biol Med. 2020; 160: 657–669. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2020.09.003.

11. Rapacka-Zdonczyk A., Wozniak A., Pieranski M., Woziwodzka A., Bielawski K. P., Grinholc M. Development of Staphylococcus aureus tolerance to antimicrobial photodynamic inactivation and antimicrobial blue light upon sub-lethal treatment. Sci Rep. 2019; 9: 1–18. doi: 10.1038/s41598-019-45962-x.

12. Astuti S. D., Mahmud A. F., Putra A. P., Setiawatie E. M., Arifianto D. Effectiveness of bacterial biofilms photodynamic inactivation mediated by curcumin extract, nanodoxycycline and laser diode. Biomedical Photonics. 2020; 9 (4): 4–14. doi: 10.24931/2413–9432–2020-9–4–4–14.

13. Лебедева Н. Ш., Койфман О. И. Супрамолекулярные системы на основе макроциклических соединений с протеинами. Перспективы применения. Биоорганическая химия. 2022; 48 (1): 3–31. doi: https://doi.org/10.31857/S0132342322010079.

14. Европейский комитет по определению чувствительности к антимикробным препаратам. Таблицы пограничных значений для интерпретации значений МПК и диаметров зон подавления роста. URL: https://www.antibiotic.ru/library/eucast-eucast-clinical-breakpoints-bacteria-13-0-rus/ (дата обращения: 18.02.2024)

15. Асланов Б. И., Зуева Л. П., Пунченко О. Е., Кафтырева Л. А., Акимкин В. Г., Долгий А. А. и др. Рациональное применение бактериофагов в лечебной и противоэпидемической практике. Методические рекомендации. 2022: 32.

16. Немченко У. М., Кунгурцева Е. А., Григорова Е. В., Белькова Н. Л., Маркова Ю. А., Носкова О. А. и др. Моделирование бактериальных биоплёнок и оценка чувствительности возбудителей инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, к дезинфицирующему средству Секусепт актив. Клиническая лабораторная диагностика. 2020; 65 (10): 652–658. doi: https://doi.org/10.18821/0869-2084-2020-65-10-652-65.

17. R Core Team; R Foundation for Statistical Computing (Hrsg.): R: A Language and Environment for Statistical Computing. Vienna, Austria, 2022

18. Киселев А. Н., Лебедев М. А., Сырбу С. А., Юрина Е. С., Губарев Ю. А., Лебедева Н. Ш. и др. Синтез и исследование водорастворимых несимметричных катионных порфиринов как потенциальных фотоинактиваторов патогенов. Известия Академии наук. Серия химическая. 2022; 71 (12): 2691–2700. EDN VXSHHH.

19. Наумович С. А., Плавский В. Ю., Кувшинов А. В. Антимикробная фотодинамическая терапия: преимущества, недостатки и перспективы развития. Современная стоматология. 2020; 1 (78): 11–16. EDN INLZNY.

20. Логунова Е. В., Наседкин А. Н. Современный взгляд на антимикробную фотодинамическую терапию (обзор литературы). Лазерная медицина. 2015; 19 (2): 44–52.

21. Тиганова И. Г., Макарова Е. А., Меерович Г. А., Алексеева Н. В., Толордава Э. Р., Жижимова Ю. С. и др. Фотодинамическая инактивация патогенных бактерий в биоплёнках с использованием новых синтетических производных бактериохлорина. Biomedical Photonics. 2017; 6 (4): 27–36. doi: https://doi.org/10.24931/2413-9432-2017-6-4-27-36.

22. Гельфанд Б. Р., Кубышкин В. А., Козлов Р. С., Хачатрян Н. Н. Хирургические инфекции кожи и мягких тканей: российские национальные рекомендации. 2015: 109. ISBN 978-5-4316-0235-1.

23. Weiner-Lastinger L. M., Abner S., Edwards J. R. et al. Antimicrobialresistant pathogens associated with adult healthcare-associated infections: summary of data reported to the national healthcare safety network, 2015-2017. Infect Control Hosp Epidemiol. 2020; 41 (1): 1–18. doi: 10.1017/ice.2019.296

24. Sperandio F. F., Huang Y. Y., Hamblin M. R. Antimicrobial photodynamic therapy to kill Gram-negative bacteria. Recent Pat Antiinfect Drug Discov. 2013; 8 (2): 108–120. doi: 10.2174/1574891x113089990012

25. Кустов А. В. Натуральные хлориновые фотосенсибилизаторы и потенцирующие агенты для антимикробной фотодинамической терапии. Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология. 2023; 66 (12): 32–40. doi: https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236612.6902/.