DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0341148
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41576001
تاريخ النشر: 2026-01-23
المؤلف: Mao Kaneki وآخرون
الموضوع الرئيسي: الاستخدامات العلاجية للعناصر الطبيعية
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في إمكانيات الصوديوم البنتونيت، وهو معدن طيني طبيعي، كاستراتيجية وقائية غير مضادة للمضادات الحيوية ضد أمراض الجلد الناتجة عن المكورات العنقودية، وخاصةً البايديرما الناتجة عن *Staphylococcus aureus* و*Staphylococcus pseudintermedius*. تُظهر الدراسة أن الصوديوم البنتونيت يرتبط بفاعلية بالمكورات العنقودية، مما يؤدي إلى تقليل كبير في حيوية البكتيريا والاستجابات الالتهابية المرتبطة بها. كشفت الاختبارات في المختبر أن المعالجة المسبقة بالبنتونيت خففت من إصابة الكيراتينوسيت وقمعت إفراز السيتوكينات المؤيدة للالتهاب مثل IL-6 وIL-8 وCCL2. أظهرت التجارب الحية باستخدام نموذج بايديرما فئري أن المعالجة المسبقة بالبنتونيت منعت تطور الآفات، وقللت من الحمل البكتيري، وخفضت من علامات الالتهاب، بما في ذلك TNFα وIL-1β وIL-13، مع تحسينات تم تأكيدها من خلال التحليل النسيجي.
بينما يُظهر الصوديوم البنتونيت وعدًا كإجراء وقائي آمن وفعال ضد العدوى المكورات العنقودية، كانت فعاليته في التهاب الجلد التأتبي المزمن محدودة، مما يشير إلى أنه قد لا يكون مناسبًا للحالات الالتهابية المتقدمة. تشير النتائج إلى أن الصوديوم البنتونيت يمكن أن يكون بديلاً قيمًا للمضادات الحيوية في إدارة أمراض الجلد لدى البشر والحيوانات الأليفة، خاصةً في ضوء زيادة مقاومة المضادات الحيوية. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على تحسين استراتيجيات التركيب وطرق التوصيل لتعزيز تطبيقه السريري وفعاليته.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الهام للمكورات العنقودية، وخاصةً *Staphylococcus aureus* و*Staphylococcus pseudintermedius*، في أمراض الجلد الالتهابية مثل التهاب الجلد التأتبي (AD) والصدفية والبايديرما. يُفاقم *S. aureus* التهاب الجلد التأتبي من خلال تعطيل حاجز الجلد وتحفيز الاستجابات المناعية المتوسطة بواسطة Th17، مما يؤدي إلى زيادة الحكة والألم. في السياقات البيطرية، يُعتبر *S. pseudintermedius* سببًا شائعًا للبايديرما في الكلاب، خاصةً تلك التي تعاني من حالات أساسية مثل التهاب الجلد التأتبي، حيث تشكل مقاومة المضادات الحيوية تحديًا كبيرًا للعلاج. إن ارتفاع سلالات مقاومة للأدوية المتعددة يستدعي استكشاف بدائل غير مضادة للمضادات الحيوية لإدارة هذه العدوى.
تناقش هذه الفقرة إمكانيات الصوديوم البنتونيت، وهو معدن طيني طبيعي، كعامل علاجي بسبب خصائصه الممتصة القوية. بينما أظهرت الدراسات السابقة فعالية البنتونيت في إزالة سموم مختلفة، لا تزال تفاعلاته مع المكورات العنقودية غير مستكشفة بشكل كافٍ. تهدف الدراسة الحالية إلى التحقيق في تأثيرات الصوديوم البنتونيت على المكورات العنقودية، مع التركيز على قدرته على تثبيط نمو البكتيريا، ومنع السمية الخلوية، وتقليل إفراز السيتوكينات في الكيراتينوسيت البشرية. يمكن أن توفر هذه الأبحاث رؤى قيمة حول استراتيجيات غير مضادة للمضادات الحيوية لإدارة العدوى المكورات العنقودية في كل من الطب البشري والبيطري، خاصةً في سياق البايديرما المتكررة.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم استخدام إناث فئران BALB/c وNC/Nga التي تبلغ من العمر سبعة أسابيع لإنشاء نماذج للبايديرما والتهاب الجلد التأتبي (AD)، على التوالي. تم الحصول على الفئران من شركة Japan SLC, Inc. وتم الحفاظ عليها تحت ظروف بيئية محكومة، بما في ذلك دورة ضوء/ظلام مدتها 12 ساعة، ونطاق درجة حرارة يتراوح بين 22 ± 3 درجة مئوية، ومستويات رطوبة تتراوح بين 50 ± 20%. كان لديهم وصول غير محدود إلى الطعام والماء طوال فترة التجربة.
اتبعت جميع الإجراءات برنامج رعاية واستخدام الحيوانات في جامعة أزابو، حيث حصلت الدراسة على موافقة أخلاقية (رقم الموافقة 220316-47). تم الإبلاغ عن المنهجيات المستخدمة في هذا البحث وفقًا لإرشادات ARRIVE، مما يضمن الشفافية وقابلية التكرار في ممارسات البحث الحيواني.
النتائج
تظهر نتائج الدراسة أن الصوديوم البنتونيت يثبط بشكل فعال نمو البكتيريا المكورات العنقودية في المختبر. كشفت تحليلات المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) عن تفاعل ارتباط كبير بين الصوديوم البنتونيت و*Staphylococcus pseudintermedius*، كما يتضح من تجمع البكتيريا الملحوظ حول جزيئات البنتونيت وانخفاض ملحوظ في المصفوفة خارج الخلوية مقارنةً بمجموعة التحكم.
أظهرت التقييمات الكمية انخفاضًا يعتمد على التركيز في حيوية البكتيريا لسلالة S. pseudintermedius D1، مع ملاحظة تثبيط كبير عند تركيزات 1% و10% و20% من البنتونيت بعد كل من 5 و15 دقيقة من التعرض (p < 0.05 مقابل مجموعة التحكم غير المعالجة). لوحظ تأثير مثبط مشابه لسلالة *Staphylococcus aureus* SA27، حيث أدى 15 دقيقة من التحضين المسبق مع الصوديوم البنتونيت إلى تثبيط كبير للنمو عبر جميع التركيزات المختبرة. تشير هذه النتائج إلى أن الصوديوم البنتونيت يرتبط بسرعة ويحتجز المكورات العنقودية، مما يحد بشكل فعال من تكاثرها.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون في إمكانيات الصوديوم البنتونيت كعامل وقائي وعلاجي ضد العدوى الجلدية المكورات العنقودية، مع التركيز بشكل خاص على تأثيراته في نماذج فئران البايديرما والتهاب الجلد التأتبي (AD). تشير النتائج إلى أن الصوديوم البنتونيت يرتبط بفاعلية ويقلل من نمو *Staphylococcus aureus* و*Staphylococcus pseudintermedius* المقاوم للمثيسيلين، مما يؤدي إلى تقليل السمية الخلوية وإفراز السيتوكينات الالتهابية في الكيراتينوسيت البشرية. في التجارب الحية، خففت المعالجة المسبقة بالبنتونيت بشكل كبير من تشكيل الآفات والحمل البكتيري في نموذج بايديرما فئري، مع إظهار التقييمات النسيجية تقليل تلف الأنسجة وعلامات الالتهاب. ومع ذلك، بينما أظهر البنتونيت بعض التأثيرات المضادة للالتهابات في نموذج التهاب الجلد التأتبي من خلال تقليل تورم الأذن، إلا أنه لم يحسن فقدان الماء عبر الجلد أو شدة الحالة السريرية بشكل عام، مما يشير إلى قيود في فعاليته العلاجية للحالات المزمنة.
يبدو أن آلية العمل تعتمد على الامتصاص الفيزيائي بدلاً من النشاط القاتل للبكتيريا، حيث لم يقتل البنتونيت البكتيريا بل احتجزها، مما يسمح بالتكاثر الطبيعي بمجرد فصلها عن الطين. يبرز هذا إمكانيات البنتونيت كاستراتيجية غير مضادة للمضادات الحيوية لإدارة العدوى المكورات العنقودية، خاصةً في ضوء زيادة مقاومة المضادات الحيوية. ومع ذلك، يعترف المؤلفون بعدة قيود، بما في ذلك الحاجة إلى تحسين التركيبات وإجراء المزيد من الأبحاث لاستكشاف التأثير على الميكروبات الجلدية المتعايشة وفعالية البنتونيت في سيناريوهات سريرية أكثر تعقيدًا. يجب أن تهدف الدراسات المستقبلية إلى تحسين أنظمة التوصيل وتقييم السلامة والفعالية على المدى الطويل في كل من النماذج الحيوانية والبشرية.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0341148
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41576001
Publication Date: 2026-01-23
Author(s): Mao Kaneki et al.
Primary Topic: Therapeutic Uses of Natural Elements
Overview
This research investigates the potential of sodium bentonite, a naturally occurring clay mineral, as a non-antibiotic preventive strategy against staphylococcal skin diseases, particularly pyoderma caused by Staphylococcus aureus and Staphylococcus pseudintermedius. The study demonstrates that sodium bentonite effectively binds to staphylococci, leading to significant reductions in bacterial viability and associated inflammatory responses. In vitro assays revealed that pre-treatment with bentonite mitigated keratinocyte injury and suppressed the secretion of pro-inflammatory cytokines such as IL-6, IL-8, and CCL2. In vivo experiments using a murine pyoderma model showed that bentonite pre-treatment prevented lesion development, reduced bacterial load, and downregulated inflammatory markers, including TNFα, IL-1β, and IL-13, with improvements corroborated by histological analysis.
While sodium bentonite shows promise as a safe and effective preventive measure against staphylococcal infections, its efficacy in chronic atopic dermatitis was limited, indicating that it may not be suitable for established inflammatory conditions. The findings suggest that sodium bentonite could serve as a valuable alternative to antibiotics in managing skin diseases in both humans and companion animals, particularly in light of rising antibiotic resistance. Future research should focus on optimizing formulation strategies and delivery methods to enhance its clinical application and effectiveness.
Introduction
The introduction highlights the significant role of staphylococci, particularly *Staphylococcus aureus* and *Staphylococcus pseudintermedius*, in inflammatory skin diseases such as atopic dermatitis (AD), psoriasis, and pyoderma. *S. aureus* exacerbates AD by disrupting the skin barrier and inducing Th17-mediated immune responses, leading to increased itching and pain. In veterinary contexts, *S. pseudintermedius* is a common cause of pyoderma in dogs, especially those with underlying conditions like AD, where antibiotic resistance poses a significant treatment challenge. The rise of multidrug-resistant strains necessitates the exploration of non-antibiotic alternatives for managing these infections.
The section discusses the potential of sodium bentonite, a naturally occurring clay mineral, as a therapeutic agent due to its strong adsorptive properties. While previous studies have shown bentonite’s effectiveness in detoxifying various toxins, its interactions with staphylococci remain underexplored. The current study aims to investigate the effects of sodium bentonite on staphylococci, focusing on its ability to inhibit bacterial growth, prevent cytotoxicity, and reduce cytokine secretion in human keratinocytes. This research could provide valuable insights into non-antibiotic strategies for managing staphylococcal infections in both human and veterinary medicine, particularly in the context of recurrent pyoderma.
Methods
In this study, seven-week-old female BALB/c and NC/Nga mice were utilized to establish models for pyoderma and atopic dermatitis (AD), respectively. The mice were sourced from Japan SLC, Inc. and maintained under controlled environmental conditions, including a 12-hour light/dark cycle, a temperature range of 22 ± 3°C, and humidity levels of 50 ± 20%. They had unrestricted access to food and water throughout the experimental period.
All procedures adhered to the Animal Care and Use Program of Azabu University, with the study receiving ethical approval (approval no. 220316-47). The methodologies employed in this research are reported in compliance with the ARRIVE guidelines, ensuring transparency and reproducibility in animal research practices.
Results
The results of the study demonstrate that sodium bentonite effectively inhibits the growth of staphylococcal bacteria in vitro. Scanning electron microscopy (SEM) analysis revealed a significant binding interaction between sodium bentonite and Staphylococcus pseudintermedius, evidenced by pronounced bacterial clustering around bentonite particles and a marked reduction in the extracellular matrix compared to the control group.
Quantitative assessments showed a concentration-dependent decrease in bacterial viability for S. pseudintermedius strain D1, with significant inhibition observed at 1%, 10%, and 20% bentonite concentrations after both 5 and 15 minutes of exposure (p < 0.05 vs. untreated control). A similar inhibitory effect was noted for Staphylococcus aureus strain SA27, where 15 minutes of pre-incubation with sodium bentonite led to substantial growth suppression across all tested concentrations. These findings suggest that sodium bentonite rapidly binds and sequesters staphylococci, effectively limiting their proliferation.
Discussion
In this study, the authors investigated the potential of sodium bentonite as a preventive and therapeutic agent against staphylococcal skin infections, particularly focusing on its effects in murine models of pyoderma and atopic dermatitis (AD). The findings indicate that sodium bentonite effectively binds to and reduces the growth of Staphylococcus aureus and methicillin-resistant Staphylococcus pseudintermedius, leading to decreased cytotoxicity and inflammatory cytokine release in human keratinocytes. In vivo, bentonite pre-treatment significantly mitigated lesion formation and bacterial load in a murine pyoderma model, with histopathological evaluations showing reduced tissue damage and inflammatory markers. However, while bentonite demonstrated some anti-inflammatory effects in the AD model by reducing ear swelling, it did not improve transepidermal water loss or overall clinical severity, suggesting limitations in its therapeutic efficacy for chronic conditions.
The mechanism of action appears to be based on physical adsorption rather than bactericidal activity, as bentonite did not kill the bacteria but rather sequestered them, allowing for normal proliferation once separated from the clay. This highlights bentonite’s potential as a non-antibiotic strategy to manage staphylococcal infections, particularly in light of rising antibiotic resistance. Nevertheless, the authors acknowledge several limitations, including the need for optimized formulations and further research to explore the impact on commensal skin microbiota and the efficacy of bentonite in more complex clinical scenarios. Future studies should aim to refine delivery systems and assess long-term safety and effectiveness in both animal and human models.