DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0342905
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41712590
تاريخ النشر: 2026-02-19
المؤلف: Mohsen Nazari وآخرون
الموضوع الرئيسي: الأغشية الحيوية البكتيرية وإحساس الكمية
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة آثار العلاج المركب الذي يتضمن الجنتاميسين، الإيميبينيم، والفوكويدين على الجروح المزمنة لدى مرضى السكري المصابة بالعوامل الممرضة المقاومة للمضادات الحيوية والتي تشكل أغشية حيوية، وتحديداً المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين (MRSA) والأكينيتوباكتر باومانني. باستخدام نموذج الفئران المصابة بالسكري، أنشأ الباحثون أغشية حيوية ثنائية الأنواع وقيموا النتائج العلاجية لبرامج علاجية مختلفة. أظهرت النتائج أن العلاج الثلاثي قلل بشكل كبير من الحمل البكتيري بأكثر من 4 لوغ₁₀ CFU/g مقارنة بالمجموعة الضابطة (p < 0.005) وأدى إلى انخفاض ملحوظ في تنظيم الجينات المرتبطة بالأغشية الحيوية، icaA في S. aureus (انخفاض ثلاثي) وbap في A. baumannii (انخفاض رباعي)، مقارنة بالعلاجات التي تتضمن المضادات الحيوية فقط (p < 0.005). أظهر التحليل النسيجي أن العلاج المركب تسارع في شفاء الجروح، محققاً إعادة تكوين الظهارة بالكامل بحلول اليوم 14، بينما أدت العلاجات الأحادية أو العلاجات الثنائية بالمضادات الحيوية إلى تأخير الشفاء والتهاب مستمر. تشير النتائج إلى أن الفوكويدين يعزز الفعالية المضادة للبكتيريا للجنتاميسين والإيميبينيم، مما يقدم استراتيجية واعدة لإدارة الجروح المزمنة المصابة بالأغشية الحيوية ومعالجة مقاومة المضادات الحيوية. تؤكد الدراسة على إمكانيات العلاجات المركبة لقرحات القدم السكري وتدعو إلى مزيد من البحث لتوضيح الآليات التي يساهم بها الفوكويدين في تحسين النتائج العلاجية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على التحدي الكبير الذي تطرحه الجروح المزمنة لدى مرضى السكري، خاصة بسبب الالتهابات المستمرة الناتجة عن الأغشية الحيوية البكتيرية التي تشكلها العوامل الممرضة مثل *Staphylococcus aureus* و *Acinetobacter baumannii*. تحمي هذه الأغشية البكتيريا من المضادات الحيوية والاستجابات المناعية، مما يعقد جهود العلاج. يتم التوسط في تشكيل الأغشية الحيوية في *S. aureus* بشكل أساسي بواسطة جين icaA، الذي يشفر لصق البوليسكاريد بين الخلايا (PIA)، بينما في *A. baumannii*، يسهل جين bap الالتصاق الأولي وتجمع الخلايا. تفاقم مقاومة المضادات الحيوية المتزايدة لهذه العوامل الممرضة من صعوبة إدارة الالتهابات المزمنة، مما يبرز الحاجة الملحة لاستراتيجيات علاجية جديدة.
تستكشف الدراسة التأثيرات التآزرية للمضادات الحيوية الإيميبينيم والجنتاميسين بالاشتراك مع الفوكويدين، وهو بوليسكاريد كبريتي ذو خصائص مضادة للميكروبات المحتملة، ضد الأغشية الحيوية ثنائية الأنواع في نموذج جروح الفئران المصابة بالسكري. أشارت الأبحاث السابقة في المختبر إلى أن الفوكويدين يمكن أن يعطل الأغشية الحيوية ويعزز فعالية المضادات الحيوية، على الرغم من أن اختراقه للأغشية الحيوية الناضجة لا يزال موضع جدل. تهدف هذه الأبحاث إلى تقييم تأثير تركيبة المضاد الحيوي والفوكويدين على تعطيل الأغشية الحيوية، الحمل البكتيري، وشفاء الجروح، بينما تحلل أيضاً التعبير عن جينات icaA وbap لفهم الآليات الجزيئية لتشكيل الأغشية الحيوية. من المتوقع أن تسهم النتائج في تطوير استراتيجيات فعالة لعلاج الالتهابات المرتبطة بالأغشية الحيوية في جروح السكري، مما قد يحسن النتائج السريرية ويعالج مقاومة المضادات الحيوية.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم قطع شرائح من كلوريد البوليفينيل (PVC) بسمك 0.20 مم وعرض 22 مم إلى قطع بحجم 12 مم² وتم تعقيمها باستخدام الضوء فوق البنفسجي لتسهيل تحفيز الأغشية الحيوية على أسطح الجروح. المواد المستخدمة تشمل الفوكويدين، وهو بوليسكاريد كبريتي، بالإضافة إلى المضادات الحيوية الجنتاميسين والإيميبينيم، جميعها مصدرها من سيغما-ألدريتش (الولايات المتحدة الأمريكية). لأغراض تجريبية، تم إعداد محلول مخزون من الفوكويدين عن طريق إذابة 100 ملغ من مسحوق الفوكويدين في 1000 مل من الماء المقطر، مما أسفر عن تركيز قدره 0.1 ملغ/مل.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم الفعالية العلاجية للجنتاميسين، الإيميبينيم، والفوكويدين في نموذج الفئران المصابة بالسكري والتي تعاني من أغشية حيوية ثنائية الأنواع من المكورات العنقودية الذهبية المقاومة للميثيسيلين و *Acinetobacter baumannii*. أثبتت الدراسة أن الجروح غير المعالجة لدى مرضى السكري أظهرت التهابات مستمرة، تتميز بتأخير الشفاء وارتفاع الحمل البكتيري، بينما حققت جميع المجموعات المعالجة إغلاق الجروح بحلول اليوم 14. ومن الجدير بالذكر أن العلاج المركب للجنتاميسين، الإيميبينيم، والفوكويدين أدى إلى أكبر انخفاض في عدد البكتيريا وأسرع شفاء للجروح، مما يؤكد النتائج السابقة في المختبر بشأن التأثيرات التآزرية لهذه العوامل ضد تشكيل الأغشية الحيوية.
أشارت تحليلات PCR في الوقت الحقيقي إلى انخفاض ملحوظ في الجينات المرتبطة بالأغشية الحيوية (*icaA* في *S. aureus* و*bap* في *A. baumannii*) في مجموعة العلاج الثلاثي، مما يشير إلى أن هذه التركيبة لا تمارس فقط تأثيرات قاتلة للبكتيريا ولكنها أيضاً تثبط المسارات الحيوية للحفاظ على الأغشية الحيوية والقدرة الممرضة. أكدت التقييمات النسيجية أيضاً تقدم الشفاء المعزز في مجموعة العلاج الثلاثي، مع ملاحظة إعادة تكوين الظهارة بالكامل ونسيج حبيبي ناضج بحلول اليوم 14. تؤكد النتائج على إمكانيات دمج المضادات الحيوية التقليدية مع الفوكويدين لإدارة فعالة للجروح المزمنة لدى مرضى السكري المعقدة بالعوامل الممرضة التي تشكل الأغشية الحيوية، مما يبرز استراتيجية علاجية واعدة لتحسين نتائج شفاء الجروح في مثل هذه الحالات الصعبة.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0342905
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41712590
Publication Date: 2026-02-19
Author(s): Mohsen Nazari et al.
Primary Topic: Bacterial biofilms and quorum sensing
Overview
This study investigates the effects of a combination therapy involving gentamicin, imipenem, and fucoidan on chronic diabetic wounds infected with biofilm-forming, antibiotic-resistant pathogens, specifically Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and Acinetobacter baumannii. Using a diabetic rat model, the researchers established dual-species biofilms and assessed the therapeutic outcomes of various treatment regimens. The results indicated that the triple therapy significantly reduced bacterial load by over 4 log₁₀ CFU/g compared to controls (p < 0.005) and led to notable downregulation of biofilm-related genes, icaA in S. aureus (threefold decrease) and bap in A. baumannii (fourfold decrease), relative to antibiotic-only treatments (p < 0.005). Histological analysis revealed that the combination therapy accelerated wound healing, achieving complete re-epithelialization by day 14, while monotherapy or dual antibiotic treatments resulted in delayed healing and persistent inflammation. The findings suggest that fucoidan enhances the antibacterial efficacy of gentamicin and imipenem, offering a promising strategy for managing chronic, biofilm-infected wounds and addressing antibiotic resistance. The study underscores the potential of combination therapies for diabetic foot ulcers and calls for further research to clarify the mechanisms by which fucoidan contributes to improved therapeutic outcomes.
Introduction
The introduction highlights the significant challenge posed by chronic wounds in diabetic patients, particularly due to persistent infections caused by bacterial biofilms formed by pathogens such as *Staphylococcus aureus* and *Acinetobacter baumannii*. These biofilms protect bacteria from antibiotics and immune responses, complicating treatment efforts. The formation of biofilms in *S. aureus* is primarily mediated by the icaA gene, which encodes polysaccharide intercellular adhesin (PIA), while in *A. baumannii*, the bap gene facilitates initial adhesion and cell aggregation. The increasing antibiotic resistance of these pathogens exacerbates the difficulty in managing chronic infections, underscoring the urgent need for novel therapeutic strategies.
The study investigates the synergistic effects of the antibiotics imipenem and gentamicin in combination with fucoidan, a sulfated polysaccharide with potential antimicrobial properties, against dual-species biofilms in a diabetic rat wound model. Previous in vitro research indicated that fucoidan could disrupt biofilms and enhance antibiotic efficacy, although its penetration into mature biofilms remains debated. This research aims to assess the impact of the antibiotic-fucoidan combination on biofilm disruption, bacterial load, and wound healing, while also analyzing the expression of the icaA and bap genes to understand the molecular mechanisms of biofilm formation. The findings are expected to contribute to the development of effective strategies for treating biofilm-associated infections in diabetic wounds, potentially improving clinical outcomes and addressing antibiotic resistance.
Methods
In this study, polyvinyl chloride (PVC) coverslips measuring 0.20 mm in thickness and 22 mm in width were cut into 12 mm² pieces and sterilized using UV light to facilitate biofilm induction on wound surfaces. The materials utilized included fucoidan, a sulfated polysaccharide, as well as the antibiotics gentamicin and imipenem, all sourced from Sigma-Aldrich (USA). For experimental purposes, a stock solution of fucoidan was prepared by dissolving 100 mg of fucoidan powder in 1000 mL of distilled water, resulting in a concentration of 0.1 mg/mL.
Discussion
In this study, the therapeutic efficacy of gentamicin, imipenem, and fucoidan was evaluated in a diabetic rat model infected with dual-species biofilms of methicillin-resistant *Staphylococcus aureus* and *Acinetobacter baumannii*. The study established that untreated diabetic wounds exhibited persistent infections, characterized by delayed healing and high bacterial loads, while all treated groups achieved wound closure by day 14. Notably, the combination therapy of gentamicin, imipenem, and fucoidan resulted in the most significant reduction in bacterial counts and the fastest wound healing, corroborating previous in vitro findings regarding the synergistic effects of these agents against biofilm formation.
Real-time PCR analysis indicated a marked downregulation of biofilm-associated genes (*icaA* in *S. aureus* and *bap* in *A. baumannii*) in the triple therapy group, suggesting that this combination not only exerts bactericidal effects but also inhibits critical pathways for biofilm maintenance and pathogenicity. Histological evaluations further confirmed enhanced healing progression in the triple therapy group, with complete re-epithelialization and mature granulation tissue observed by day 14. The findings underscore the potential of combining conventional antibiotics with fucoidan to effectively manage chronic diabetic wounds complicated by biofilm-forming pathogens, highlighting a promising therapeutic strategy for improving wound healing outcomes in such challenging cases.