В ходе исследования была выявлена бактерия, широко встречающаяся в застарелых ранах, которая не только устойчива к антибиотикам, но и выделяет вредные молекулы, подавляющие функции клеток кожи и препятствующие восстановлению тканей.
Ученые отметили, что использование антиоксидантов для нейтрализации этих молекул помогает клеткам кожи восстановиться и активировать процесс заживления.
Проблема хронических ран становится все более актуальной в здравоохранении. По данным статистики, ежегодно около 18,6 миллионов человек по всему миру страдают от диабетических язв стопы. У каждого третьего человека с диабетом в течение жизни может развиться язва стопы.
Эти длительные раны нередко становятся причиной ампутаций нижних конечностей. Инфекции, возникающие на фоне этих язв, усугубляют ситуацию, создавая замкнутый круг повторяющихся осложнений.
В Сингапуре количество случаев хронических ран, таких как диабетические язвы, пролежни и венозные язвы, растет. Каждый год фиксируется более 16 000 новых случаев, особенно среди пожилых людей и диабетиков.
Исследование показало, что бактерия Enterococcus faecalis может существенно препятствовать процессу заживления. Команда также доказала, что блокирование негативного воздействия этой бактерии позволяет клеткам кожи восстанавливаться и закрывать раны.
E. faecalis является условно-патогенной бактерией, часто обнаруживаемой при хронических инфекциях, таких как диабетические язвы стопы. Лечение таких язв затруднено, а их несостоятельность повышает риск серьезных осложнений и ампутации.
Устойчивость этой бактерии к антибиотикам добавляет сложности в борьбе с инфекциями. Некоторые штаммы E. faecalis не реагируют на множество широко используемых антибиотиков, что делает лечение инфекций более сложным.
Хотя медики давно знали о том, что инфекции замедляют заживление, точные биологические механизмы этого процесса оставались неясными.
Исследование проводилось при участии доцента НТУ Гийома Тибо из Школы биологических наук и профессора Кимберли Клайн из Женевского университета, которая также является приглашенным профессором в Сингапурском центре экологических наук о жизни и инженерии при НТУ.
Результаты показали, что E. faecalis ведет себя иначе, чем другие патогенные бактерии. Вместо того чтобы использовать токсины, она выделяет активные формы кислорода, которые нарушают нормальные процессы заживления клеток кожи.
Доктор Аарон Тан, главный автор исследования, обнаружил, что E. faecalis применяет процесс, известный как внеклеточный перенос электронов, который постоянно вырабатывает перекись водорода — высоко реактивную молекулу, способную наносить ущерб живым тканям.
Присутствие E. faecalis в ране приводит к окислительному стрессу в клетках кожи, что активирует защитные реакции в кератиноцитах, клетках, отвечающих за заживление. Эта реакция, известная как реакция на неправильное сворачивание белков, замедляет процессы, необходимые для восстановления.
Тем не менее, в данном случае эта реакция фактически блокирует клетки, мешая их перемещению в зону повреждения для заживления.
Чтобы подтвердить свою гипотезу, исследователи протестировали генетически модифицированный штамм E. faecalis, лишенный пути внеклеточного переноса электронов. Эти измененные бактерии выделяли значительно меньше перекиси водорода и не мешали заживлению ран.
Данный результат подтвердил важность метаболического пути в том, как E. faecalis нарушает восстановление кожи. Затем команда изучила возможность нейтрализовать перекись водорода для восстановления повреждений.
В ходе экспериментов, когда клетки кожи обрабатывались каталазой — природным антиоксидантным ферментом, расщепляющим перекись водорода, уровень клеточного стресса снижался. Это позволяло клеткам восстанавливать свою способность к миграции и заживлению.
Предложенный подход может стать альтернативным методом борьбы с инфекциями, вызванными устойчивыми к антибиотикам бактериями E. faecalis. Вместо того чтобы уничтожать бактерии антибиотиками, новая стратегия фокусируется на нейтрализации их вредных продуктов.
«Наши результаты показывают, что метаболизм бактерий — это оружие, что стало неожиданным открытием для нас, — отметил доцент Тибо, который также исполняет обязанности заместителя декана по международным связям в Колледже науки. — Вместо того чтобы сосредотачиваться на уничтожении бактерий, что становится все труднее и приводит к устойчивости к антибиотикам, мы можем нейтрализовать их, блокируя вредные продукты, которые они выделяют, и восстанавливая процесс заживления ран. Мы воздействуем не на источник, а на истинную причину хронических ран — активные формы кислорода».
Исследование связывает метаболизм бактерий с нарушением клеточных функций человека, открывая новые горизонты в терапии хронических ран.
Авторы исследования предполагают, что будущие перевязочные материалы, содержащие антиоксиданты, такие как каталаза, могут способствовать заживлению.
Поскольку антиоксиданты, в том числе каталаза, уже хорошо изучены, команда считает, что этот метод может быть быстрее внедрен в клиническую практику, чем разработка нового лекарства.
Полученные результаты, основанные на клетках кожи человека, имеют непосредственное отношение к физиологии и могут привести к новым терапевтическим методам для лечения пациентов с незаживающими ранами.
В дальнейшем исследователи планируют перейти к клиническим испытаниям на людях, определив наиболее эффективные способы доставки антиоксидантов после текущих исследований на животных моделях.
