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拿什么解决你,阻碍伤口愈合的“敌人”?长期以来,人们认为细菌生物膜在生物学上很简单,只有一种原始的结构组织。现在,美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的Gürol Süel和同事在《细胞》上发表了他们的研究论文称,细菌生物膜并不像人们想象的那么简单,它包含了被人们认为是植物和动物所独有的结构组织。 研究人员发现,生物膜在生长和消耗环境中的营养物质时形成环状结构。随着营养供应的减少,就功能而言,某些细胞基本上“冻结”了。这被称为“时钟波峰模型”,以前只在动物和植物中看到过。 Süel提出,这种方式可能是细菌使生物膜弹性细胞多样化以增加存活机会的结果。 菌群的老巢:细菌生物膜 长期以来人们一直认为,细菌是以单个的浮游状态生存的,直到近十年来由于激光扫描共聚焦显微镜的诞生,人们才发现,细菌本身只占不到1/3的体积,余下空间由细菌分泌的一种黏性物质占据。科学家们将这种黏性物质以及被其黏结而成的细菌团块称为“生物膜”。 生物膜的形成和发展大致经历了以下几个阶段或时期:1.粘附期:浮游细菌粘附于物体表面;2.种植期:细菌分裂繁殖,分泌胞外基质,形成微菌落;3.生长期:微菌落互相融合发育,形成生物膜;4.成熟期:发育为成熟生物膜;5.播散期:细菌从生物膜释放出来,形成新的生物膜。 浮游状态的细菌抵抗力较弱,难以应对生存环境中的各种挑战。而生物膜细菌的抵抗力则显著增强,能够抵抗诸如大自然中的噬菌体、阿米巴原虫、人类使用的杀菌剂和抗生素等不利因素对其的攻击。所以在临床上引起慢性感染的细菌通常采用生物膜的生存方式——超强的耐受力令生物膜难以分解,致使伤口出现反复感染、耐药性明显增强以及抗生素不能有效清除等特点,影响愈合效果。 破解细菌生物膜,两手都要抓 近年来,生物膜已被证明比人们想象的更加复杂,能够进行远距离通信等。这些发现对破解细菌生物膜提出了新的挑战。目前对付细菌生物膜主要有两条思路:一是研发新的抗生素;二是瓦解生物膜,把细菌分割开来。 例如,澳大利亚新南威尔士大学的科学家就是用纳米微粒打碎细菌生物膜。科学家们先给氧化铁纳米微粒裹上一层特殊的聚合物,以保证这些微粒保持分散状态,不会聚成一团。然后科学家将这些微粒注入由绿脓杆菌形成的细菌生物膜,再外加磁场,使纳米微粒升温5摄氏度以上,导致曾经顽固的细菌生物膜土崩瓦解。 表面活性剂也可瓦解细菌生物膜,它是一类带电荷并具有两亲性质的化合物,可与带负电荷的细菌生物膜相互作用产生灭菌效果。以季铵盐型阳离子表面活性剂为例,其特点是物理杀菌,所以这种杀菌性能是持久的、不可恢复的。因此季铵盐也是目前产量较高、应用较广的阳离子表面活性剂,它具有广谱的杀菌功能。 近期发现的一种可破坏细菌生物的成分是次氯酸。次氯酸是一种弱酸性强氧化剂,它是人免疫系统发挥杀菌作用最重要的组成部分。次氯酸可在活跃的中性粒细胞中合成,在中性粒细胞发挥吞噬、降解微生物的功能中起着非常重要的作用。由于次氯酸有良好的广谱抗菌作用,已被作为抗微生物剂应用于伤口护理等领域。 南方医科大学第三附属医院骨科医学中心骨肿瘤科就次氯酸对骨科内固定物表面细菌生物膜的清除作用进行过研究。研究人员将金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌分别在骨科钢板内固定物上定植3天后形成细菌生物膜,扫描电镜下确认细菌生物膜已形成。再采用次氯酸溶液分别浸泡已形成两种细菌生物膜的内固定物0,5,10,20min及20min+灌注6L次氯酸和生理盐水的混合溶液(每3L生理盐水加入120mL次氯酸),扫描电镜下观察细菌生物膜形态,评估次氯酸溶液对内固定物细菌生物膜的清除效果。 结果显示,经过次氯酸浸泡5,10,20min后,铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌的细菌生物膜斑块面积逐渐减小并变薄,次氯酸溶液浸泡20min+灌注6L次氯酸和生理盐水的混合溶液可清除细菌生物膜。 以上对抗细菌生物膜的方法都是通过令生物膜解体来完成。但更广为人熟知的则是另一种方法——抗生素。然而为何针对抗生素的研究并无太多进展?我们下期从抗生素的耐药性说起。 |