Preview

Медицина экстремальных ситуаций

Расширенный поиск

Изучение антимикробного действия низкотемпературной аргоновой плазмы на хирургическую инфекцию в эксперименте in vitro

https://doi.org/10.47183/mes.2025-332

Аннотация

Введение. Применение метода на основе низкотемпературной аргоновой плазмы (НТАП) широко изучается в качестве альтернативного подхода к профилактике развития гнойных инфекций в случаях, когда эффективность антимикробных препаратов и антисептиков снижена из-за сформированной к ним устойчивости патогенов.

Цель. Оценка выживаемости условно-патогенных микроорганизмов, обладающих патогенным потенциалом, после воздействия факторов НТАП на модели in vitro.

Материалы и методы. Исследование выполнено с использованием клинических штаммов из группы ESKAPE-патогенов (группа супер-микроорганизмов с высоким эпидемическим потенциалом формирования госпитальных штаммов) и эталонных музейных культур, а также смеси штаммов. В качестве источника НТАП использовали плазменно-дуговую установку «ПЛАЗМОРАН» (Россия). В работе использовали один режим плазмогенерации, три варианта расстояния от среза сопла плазмотрона до плоскости расположения культуры в чашке Петри (10, 15 и 20 см), четыре варианта экспозиции действия факторов НТАП на культуры (15, 30, 45 с для бактерий и 30, 45 и 60 с для грибов). Оценку выживаемости патогенных микроорганизмов in vitro после воздействия НТАП определяли по задержке бактериального роста.

Результаты. Выявлено выраженное противомикробное действие в отношении клинических штаммов грамотрицательных бактерий из группы ESKAPE-патогенов K. pneumoniae, Р. aeruginosa, A. baumanii, E. coli, грамположительных бактерий MRSA и дрожжеподобных грибов С. albicans при времени воздействия 30–45 с для бактерий (необходимая при этом доза излучения УФ-А 37,8 Дж/м2, УФ-В 15,9 Дж/м2, УФ-С 34,2 Дж/м2) и расстоянии от сопла прибора 10–15 см. Противомикробное действие НТАП заключается в отсутствии роста микроорганизмов на питательных средах в месте воздействия НТАП при определенных дозе воздействия, времени экспозиции и расстоянии, обеспечивающих снижение титра жизнеспособных микроорганизмов не только монокультур, но и в ассоциации бактерий, как в отношении музейных эталонных культур, так и в отношении клинических штаммов из группы ESKAPE-патогенов.

Выводы. Факторы НТАП, формируемые плазменно-дуговой установкой «ПЛАЗМОРАН», обладают выраженным антибактериальным и противогрибковым действием как в отношении музейных эталонных культур, так и в отношении клинических штаммов рабочей коллекции группы ESKAPE-патогенов. Эффективность воздействия факторов НТАП обеспечивает снижение титра жизнеспособных микроорганизмов с 10 8 –10 9 до единичных КОЕ. Факторы воздействия НТАП (доза излучения УФ-А 37,8 Дж/м2; УФ-В 15,9 Дж/м2; УФ-С 34,2 Дж/м2) имеют наибольший эффект при обработке бактериальных культур на расстоянии 10–15 см с экспозицией 30–45 с; для грибов (доза излучения УФ-А 168,6 Дж/м2; УФ-В 68,4 Дж/м2; УФ-С 159 Дж/м2) при расстоянии 10 см и времени воздействия 60 с. A. baumannii и E. faecium более устойчивы к факторам воздействия НТАП, чем другие исследованные бактерии при стандартных дозе, времени воздействия и расстоянии. C. albicans более устойчива к факторам воздействия НТАП по сравнению с бактериями, и их уничтожение требует большей экспозиции воздействия и меньшего расстояния от сопла плазмотрона до обрабатываемой поверхности. Полученные результаты требуют дальнейшего изучения.

Об авторах

А. В. Загайнова
Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью Федерального медико-биологического агентства
Россия

Загайнова Анжелика Владимировна, канд. биол. наук

Москва



М. А. Сухина
Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью Федерального медико-биологического агентства
Россия

Сухина Марина Алексеевна, канд. биол. наук

Москва



А. Б. Земляной
Национальный медицинский исследовательский центр высоких медицинских технологий — Центральный военный клинический госпиталь им. А.А. Вишневского Министерства обороны Российской Федерации; Российский биотехнологический университет
Россия

Земляной Александр Борисович, д-р мед. наук

Красногорск; 
Москва



Т. А. Зеленина
Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова Министерства обороны Российской Федерации
Россия

Зеленина Татьяна Александровна, канд. мед. наук

Санкт-Петербург



П. С. Маркевич
Национальный медицинский исследовательский центр высоких медицинских технологий — Центральный военный клинический госпиталь им. А.А. Вишневского Министерства обороны Российской Федерации
Россия

Маркевич Павел Сергеевич, канд. мед. наук

Красногорск



К. А. Новожилов
Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью Федерального медико-биологического агентства
Россия

Новожилов Константин Андреевич, канд. мед. наук

Москва



З. Е. Федец
Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью Федерального медико-биологического агентства
Россия

Федец Злата Евгеньевна

Москва



М. Н. Панькова
Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью Федерального медико-биологического агентства
Россия

Панькова Марина Николаевна

Москва



Т. Р. Мания
Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью Федерального медико-биологического агентства
Россия

Тамари Р. Мания

Москва



О. В. Грицюк
Центр стратегического планирования и управления медико-биологическими рисками здоровью Федерального медико-биологического агентства
Россия

Грицюк Ольга Вячеславовна, канд. биол. наук

Москва



Список литературы

1. Brook I. Secondary bacterial infections complicating skin lesions. Journal of Medical Microbiology. 2002;51(10): 808–12. https://doi.org/10.1099/0022-1317-51-10-808

2. Mancuso G, Midiri A, Gerace E, Biondo C. Bacterial antibiotic resistance: the most critical pathogens. Pathogens. 2021;10(10):1310. https://doi.org/10.3390/pathogens10101310

3. Odonkor S, Addo K. Bacteria resistance to antibiotics: recent trends and challenges. International Journal of Biological & Medical Research. 2011;2(4):1204–10.

4. Brooks B, Brooks A. Therapeutic strategies to combat antibiotic resistance. Advanced Drug Delivery Reviews. 2014;78:14–27. https://doi.org/10.1016/j.addr.2014.10.027

5. Fair R, Tor Y. Antibiotics and bacterial resistance in the 21st century. Perspectives in Medicinal Chemistry. 2014;6:S14459. https://doi.org/10.4137/PMC.S14459

6. Strateva T, Yordanov D. Pseudomonas aeruginosa–a phenomenon of bacterial resistance. Journal of Medical Microbiology. 2009; 58(9):1133–48. https://doi.org/10.1099/jmm.0.009142-0

7. Vestby L, Gronseth T, Simm R, Nesse L. Bacterial biofilm and its role in the pathogenesis of disease. Antibiotics. 2020;9(2):59. https://doi.org/10.3390/antibiotics9020059

8. Prakash B, Veeregowda B, Krishnappa G. Biofilms: a survival strategy of bacteria. Current science. 2003;85:1299–307.

9. Bi Y, Xia G, Shi C, Wan J, Liu L, Chen Y, et al. Therapeutic strategies against bacterial biofilms. Fundamental Research. 2021;1(2):193–212. https://doi.org/10.1016/j.fmre.2021.02.003

10. Singh B, Ghosh S, Chauhan A. Development, dynamics and control of antimicrobial-resistant bacterial biofilms: a review. Environmental Chemistry Letters. 2021;19:1983–93. https://doi.org/10.1007/s10311-020-01169-5

11. Geisinger E, Isberg R. Interplay Between Antibiotic Resistance and Virulence During Disease Promoted by Multidrug-Resistant Bacteria. Journal of Infectious Diseases. 2017;215(1):9–17. https://doi.org/10.1093/infdis/jiw402

12. Пай ГВ, Ракитина ДВ, Сухина МА, Юдин СМ, Макаров ВВ, Мания ТР и др. Изучение связи маркеров антибиотикорезистентности с маркерами вирулентности у ndm-положительных штаммов Klebsiella pneumoniae, циркулирующих в различных водах и локусах человека. Гигиена и Санитария. 2021;100(12):1366–71.

13. Venezia R, Orrico M, Houston E, Yin S, Naumova Y. Lethal activity of nonthermal plasma sterilization against microorganisms. Infection Control & Hospital Epidemiology. 2008;29(5):430–6. https://doi.org/10.1086/588003

14. Laroussi M. Cold plasma in medicine and healthcare: The new frontier in low temperature plasma applications. Frontiers in Physics. 2020;8:74. https://doi.org/10.3389/fphy.2020.00074

15. Karthik C, Sarngadharan S, Thomas V. Low-Temperature Plasma Techniques in Biomedical Applications and Therapeutics: An Overview. International Journal of Molecular Sciences. 2023;25(1):524. https://doi.org/10.3390/ijms25010524

16. Mohamed H, Nayak G, Rendine N, Wigdahl B, Krebs F, Bruggeman P, et al. Non-thermal plasma as a novel strategy for treating or preventing viral infection and associated disease. Frontiers in Physics. 2021;9:683118. https://doi.org/10.3389/fphy.2021.683118

17. Perucca M. Introduction to plasma and plasma technology. Plasma Technology for Hyperfunctional Surfaces: Food, Biomedical, and Textile Applications. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co;2010:1–32. https://doi.org/10.1002/9783527630455.ch1

18. Hury S, Vidal D, Desor F, Pelletier J, Lagarde T. A parametric study of the destruction efficiency of Bacillus spores in low pressure oxygen-based plasmas. Letters in Applied Microbiology.1998;26(6):417–21. https://doi.org/10.1046/j.1472-765x.1998.00365.x

19. Lassen K, Nordby B, Grün R. The dependence of the sporicidal effects on the power and pressure of RF-generated plasma processes. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials. 2005;74(1):553–9. https://doi.org/10.1002/jbm.b.30239

20. Shimizu T, Steffes B, Pompl R, Jamitzky F, Bunk W, Ramrath K, et al. Characterization of microwave plasma torch for decontamination. Plasma Processes and Polymers. 2008;5(6):577–82.

21. Yan D, Malyavko A, Wang Q, Ostrikov K, Sherman J, Keidar M. Multi-modal biological destruction by cold atmospheric plasma: capability and mechanism. Biomedicines. 2021;9(9):1259. https://doi.org/10.3390/biomedicines9091259

22. Lackmann J, Bandow J. Inactivation of microbes and macromolecules by atmospheric-pressure plasma jets. Applied Microbiology and Biotechnology.2014;98:6205–13. https://doi.org/10.1007/s00253-014-5781-9

23. Raji A, Vasu D, Pandiyaraj K, Ghobeira R, De Geyter N, Morent R, et al. Combinatorial effects of non-thermal plasma oxidation processes and photocatalytic activity on the inactivation of bacteria and degradation of toxic compounds in wastewater. RSC Advances. 2022;12(22):14246–59. https://doi.org/10.1039/d1ra09337a

24. Moreau M, Orange N, Feuilloley M. Non-thermal plasma technologies: new tools for bio-decontamination. Biotechnology Advances. 2008;26(6):610–7. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2008.08.001

25. Sung S, Huh J, Yun M, Chang B, Jeong C, Jeon Y. Sterilization effect of atmospheric pressure non-thermal air plasma on dental instruments. The Journal of Advanced Prosthodontics. 2013;5(1):2–8. https://doi.org/10.4047/jap.2013.5.1.2

26. Busco G, Robert E, Chettouh-Hammas N, Pouvesle J, Grillon C. The emerging potential of cold atmospheric plasma in skin biology. Free Radical Biology and Medicine. 2020;161:290–304. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2020.10.004

27. Lotfi M, Khani M, Shokri B. A review of cold atmospheric plasma applications in dermatology and aesthetics. Plasma Medicine. 2023;13:1. https://doi.org/10.1615/PlasmaMed.2023049359

28. Фролов СА, Кузьминов АМ, Вышегородцев ДВ, Королик ВЮ, Туктагулов НВ, Жарков ЕЕ и др. Применение низкотемпературной аргоновой плазмы в лечении ран после открытой геморроидэктомии. Колопроктология. 2021;20(3):51–61. https://doi.org/10.33878/2073-7556-2021-20-3-51-61

29. Шулутко АМ, Османов ЭГ, Новикова ИВ, Чочия СЛ, Середин ВП, Мачарадзе АД. Плазменная обработка при лечении поздних воспалительно-гнойных осложнений инъекционной контурной пластики полиакриламидным гелем. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2017;9:59–63. https://doi.org/10.17116/hirurgia2017959-63

30. Pierdzioch P, Hartwig S, Herbst S, Raguse J, Dommisch H, Abu-Sirhan S, et al. Cold plasma: a novel approach to treat infected dentin–a combined ex vivo and in vitro study. Clinical Oral Investigations. 2016;20:2429–35. https://doi.org/10.1007/s00784-016-1723-5

31. Herbst S, Hertel M, Ballout H, Pierdzioch P, Weltmann K, Wirtz H, et al. Bactericidal efficacy of cold plasma at different depths of infected root canals in vitro. The Open Dentistry Journal. 2015;9:486. https://doi.org/10.2174/1874210601509010486

32. Scholtz V, Vaňková E, Kašparová P, Premanath R, Karunasagar I, Julák J. Non-thermal plasma treatment of ESKAPE pathogens: a review. Frontiers in Microbiology. 2021;12:737635. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.737635

33. Flynn P, Higginbotham S, Alshraiedeh N, Gorman S, Graham W, Gilmore B. Bactericidal efficacy of atmospheric pressure non-thermal plasma (APNTP) against the ESKAPE pathogens. International Journal of Antimicrobial Agents. 2015;46:101–7. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2015.02.026

34. Soušková H, Scholtz V, Julák J, Kommová L, Savická D, Pazlarová J. The survival of micromycetes and yeasts under the low-temperature plasma generated in electrical discharge. Folia Microbiologica. 2011;56:77–9. https://doi.org/10.1007/s12223-011-0005-5

35. Veerana M, Ketya W, Park G. Application of non-thermal plasma to fungal resources. Journal of Fungi. 2022,8(2):102. https://doi.org/10.3390/jof8020102

36. Tyczkowska-Sieroń E, Kałużewski T, Grabiec M, Kałużewski B, Tyczkowski J. Genotypic and phenotypic changes in Candida albicans as a result of cold plasma treatment. International Journal of Molecule Science. 2020;21:8100. https://doi.org/10.3390/ijms21218100


Дополнительные файлы

Рецензия

Для цитирования:


Загайнова А.В., Сухина М.А., Земляной А.Б., Зеленина Т.А., Маркевич П.С., Новожилов К.А., Федец З.Е., Панькова М.Н., Мания Т.Р., Грицюк О.В. Изучение антимикробного действия низкотемпературной аргоновой плазмы на хирургическую инфекцию в эксперименте in vitro. Медицина экстремальных ситуаций. https://doi.org/10.47183/mes.2025-332

For citation:


Zagainova A.V., Sukhina M.A., Zemlianoi A.B., Zelenina T.A., Markevich P.S., Novozhilov K.A., Fedets Z.E., Pankova M.N., Maniya T.R., Gritsyuk O.V. Antimicrobial effect of low-temperature argon plasma on surgical infection in vitro. Extreme Medicine. (In Russ.) https://doi.org/10.47183/mes.2025-332

Просмотров: 15


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2713-2757 (Print)
ISSN 2713-2765 (Online)