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氧气微电极应用于慢性创伤相关生物膜缺氧机制研究

   创伤伤口的局部氧浓度长期以来被认为是创伤愈合的一个重要参数。伤口附近的组织氧合与伤口愈合是呈正相关,而在无法愈合的伤口周围的氧含量往往很低。而目前对生物膜与伤口延迟愈合有关生物膜会损害伤口愈合的机制尚不清楚。由于许多种类的细菌产生外毒素和外酶可能抑制伤口的愈合。由于伤口处存在的生物膜和反应的白细胞会消耗氧气,这可能会阻碍伤口愈合,而伤口愈合本身又需要氧气。研究人员使用了unisense公司开发的氧微电极传感器用来测量通过体外培养的糖尿病(db/db)小鼠创面模型的生物膜氧的横断面进行了研究(Wound Repair  Regeneration, 2016, 24,373–383 ),试图验证假设细菌的生物膜的建立是否有助于维护伤口局部低氧张力。

    unisense氧气微电极应用于活老鼠身上的固定伤口结痂处的氧浓度剖面测试,氧微电极微传感器测量开始于老鼠的皮肤上的痂或伤口上方的空气中,然后将微传感器穿刺老鼠的痂或伤口中进行氧分压的测试。

    

       应用unisense微电极测试创伤伤口处体外形成的细菌生物膜中氧浓度分布


    此项研究中研究人员应用unisense氧气微电极传感器测量体外培养的糖尿病(db/db)小鼠创面模型的生物膜的横断面氧分压浓度,结果表明小鼠痂内创面的氧分压含量较高,在活的老鼠的体内出现一个陡直氧的的梯度浓度范围从17到72毫米汞柱之间。被安乐死的老鼠身上氧的浓度范围为从6.4毫米汞柱到1.1毫米汞柱。小鼠痂内的氧梯度与体外培养的临床分离株以及体外培养的人体标本相似。在同步对小鼠痂内的假单胞菌的代谢活动的特征进行了转录组学分析,结果表明细菌代谢活性相关的表达基因与细胞生长有关。有趣的是转录组的结果也表明伤口内的细菌经历了限氧应激效应。在体内表达的细菌基因是与细菌相关的是Anr介导的缺氧应激反应基因。其他细菌应激反应基因与静止期生长相关的基因在体内高表达,渗透应力和RpoH介导的热应激效应。这也说明细菌生物膜是能促进慢性伤口愈合是通过维持局部低氧张力,它们本身的新陈代谢活动则是通过补充消耗氧气的细胞来完成宿主的防御过程。

   慢性伤口从字面上讲就是外伤后或自发破溃后长时间无法愈合的伤口,而表皮更新能力降低的原因其实就是慢性伤口形成的原因,可分为全身因素和局部因素。研究结果认为慢性伤口表面存在的细菌生物膜的缺氧与伤口愈合之间的关联性,unisense氧微电极传感器被应用于体外培养的糖尿病(db/db)小鼠的创面模型的生物膜横断面区域的氧的浓度的测试,由于unisense微电极的尖端通常都比较细(10-100um),可以穿刺人小鼠的慢性伤口处形成的细菌生物膜内的氧的分压浓度进行测试,测试的结果表明小鼠痂内创面的氧含量较高。这也说明了慢性伤口处的细菌生物膜能促进慢性伤口愈合是通过维持局部低氧张力实现的机制,这也看出unisense氧气微电极在医学关于皮肤慢性伤口愈合的相关机制研究方方面具有很好的应用前景。


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