МОРФОЛОГИЧЕСКАЯ  ХАРАКТЕРИСТИКА  ДЕЙСТВИЯ  НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНОГО  КАТИОННОГО  ПЕПТИДА  ВАРНЕРИНА  НА  МОДЕЛИ  КАТЕТЕР-АССОЦИИРОВАННОЙ  ИНФЕКЦИИ  В  УСЛОВИЯХ  ИММУНОСУПРЕССИИ

Литвинов  Валерий  Викторович

аспирант  кафедры  патологической  анатомии  ГБОУ  ВПО  ПГМА  им.  ак.  Е.А.  Вагнера,  РФ,  г.  Пермь

E-mail: 

Лемкина  Лариса  Марковна

канд.  мед.  наук,  старший  научный  сотрудник  лаборатории  биохимии  развития  микроорганизмов  ИЭГМ  УрО  РАН,  РФ,  г.  Пермь

E-mail: 

Фрейнд  Генриетта  Герхардовна

д-р  мед.  наук,  профессор  кафедры  патологической  анатомии  ГБОУ  ВПО  ПГМА  им.  ак.  Е.А.  Вагнера,  РФ,  г.  Пермь

E-mail: 

Коробов  Владимир  Павлович

канд.  мед.  наук,  зав.  лабораторией  биохимии  развития  микроорганизмов  ИЭГМ  УрО  РАН,  РФ,  г.  Пермь

E-mail: 

MORPHOLOGICAL  CHARACTERISTIC  OF  LOW-MOLECULAR  WEIGHT  CATIONIC  PEPTIDE  WARNERIN  INFLUENCE  ON  MODELS  OF  CATHETER-RELATED  INFECTION  UNDER  THE  CONDITIONS  OF  IMMUNOSUPPRESSION 

Valery  Litvinov

post  graduate  student  of  the  chair  of  Pathology,  State  budget  educational  institution  of  higher  vocational  education  Perm  State  Medical  Academy  named  after  E.A.  Vagner,  Russia  Perm

Larisa  Lemkina

candidate  of  Medical  Science,  senior  researcher  of  Laboratory  of  microorganisms’  biochemical  development,  Institute  of  Genetics  and  Microorganisms,  Ural  branch  of  the  Russian  Academy  of  Sciences,  Russia  Perm

Genrietta  Freind

doctor  of  Medical  Science,  professor  of  the  chair  of  Pathology,  State  budget  educational  institution  of  higher  vocational  education  Perm  State  Medical  Academy  named  after  E.A.  Vagner,  Russia  Perm

Vladimir  Korobov

candidate  of  Medical  Science,  Head  of  Laboratory  of  microorganisms’  biochemical  development,  Institute  of  Genetics  and  Microorganisms,  Ural  branch  of  the  Russian  Academy  of  Sciences,  Russia  Perm

Работа  выполнена  при  финансовой  поддержке  РФФИ,  грант  12-04-01431

АННОТАЦИЯ

Авторами  изучена  морфологическая  картина  действия  варнерина  на  модели  катетер-ассоциированной  инфекции.  Животным  имплантировали  катетер  с  различной  инфекционной  нагрузкой  и  применяли  варнерин.  Оценивали  клеточный  состав  воспалительного  инфильтрата  тканей,  окружающих  катетер.  Инъекции  варнерина  в  область  имплантации  катетера  с  бактериальным  обсеменением  вели  к  снижению  выраженности  воспалительной  реакции.  Предварительная  обработка  варнерином  катетера  и  применение  варнерина  без  инфекционной  нагрузки  не  оказывало  влияния  на  состав  клеточного  инфильтрата.

ABSTRACT

On  the  model  of  catheter-related  infection  there  has  been  examined  a  morphological  estimation  of  warnerin’s  application.  Animals  have  been  implanted  with  a  catheter  with  a  various  infection  level;  warnerin  has  been  applied.  Cellular  composition  of  inflammatory  infiltrate  of  tissues  surrounding  catheter  has  been  evaluated.  Warnerin’s  injections  into  the  place  of  catheter’s  implantation  with  bacterial  contamination  have  led  to  a  reduction  of  inflammatory  response  intensity.  Preparative  treatment  of  catheter  by  warnerin  and  use  of  warnerin  without  any  infection  level  has  not  influenced  on  composition  of  infiltrating  cells. 

Ключевые  слова:  модель  катетер-ассоциированной  инфекции;  низкомолекулярный  пептид  варнерин;  морфология. 

Keywords:  model  of  catheter-related  infection;  low-molecular  weight  peptide  warnerin;  morphology. 

Введение:

Выраженная  резистентность  клеточных  компонентов  биопленок  к  классическим  антибиотикам  требует  поиска  новых,  альтернативных  широко  используемым  антибактериальным  препаратам  соединений,  способных  подавлять  жизнеспособность  клеточных  компонентов  биопленок  [3].

К  стратегиям  подавления  образования  биопленок  можно  отнести  ингибирование  первого  этапа  формирования  биопленок  —  бактериального  прикрепления  и  колонизации  имплантатов  за  счет  использования  биоматериалов,  импрегнированных  антимикробными  агентами,  среди  которых  в  качестве  перспективных  рассматриваются  низкомолекулярные  катионные  пептиды  [6].  В  этой  связи  особое  внимание  уделяется  группе  лантибиотиков  –  низкомолекулярным  катионным  пептидам,  одним  из  ярких  представителем  которых  является  низин  [1].

В  специальных  экспериментах  были  получены  первые  результаты  относительно  ингибирующего  действия  на  формирование  биопленок  низкомолекулярного  катионного  пептида  варнерина,  синтезируемого  бактериями  Staphylococcus  warneri  KL-1.  Подавляющий  эффект  пептида  проявлялся  как  на  стадии  образования,  так  и  на  сформированных  пленках  при  концентрациях,  превышающих  минимальную  ингибирующую  концентрацию  для  планктонной  культуры  [2].

При  разработке  методов  предупреждения  формирования  и  функционирования  бактериальных  пленок  целесообразно  использование  экспериментальных  моделей  катетер-ассоциированных  инфекции.  Особенно  важно  проведение  таких  исследований  на  фоне  подавления  иммунных  реакций  организма,  которое,  в  частности,  может  быть  вызвано  введением  циклофосфамида,  важнейшим  эффектом  которого  является  развитие  нейтропении  [7]. 

Цель  работы: 

Целью  настоящей  работы  стало  применение  низкомолекулярного  катионного  пептида  варнерина  на  модели  катетер-ассоциированной  инфекции  в  условиях  иммуносупрессии  циклофосфамидом  с  последующей  морфологической  оценкой  состояния  тканей  вокруг  катетера. 

Материалы  и  методы:

Исследования  проводились  на  60  белых  беспородных  мышах  весом  25—30  грамм,  разделенных  на  контрольную  и  опытную  группу.  Животным  обеих  групп  под  эфирным  наркозом  под  кожу  спины  имплантировали  фрагмент  пластикового  катетера  длиной  0,5  см.  Всем  животным  внутримышечно  вводили  циклофосфамид  в  дозе  200  мг/кг.  На  части  фрагментов  катетеров  в  течение  двух  суток  перед  имплантацией  выращивали  бактериальные  пленки  Staphylococcus  epidermidis  33  [4].  В  опытной  группе  использовали  низкомолекулярный  катионный  пептид  варнерин  54  серии  с  активностью  1/512  тысяч  условных  единиц  [2].  Предварительная  обработка  варнерином  стерильных  катетеров  осуществлялась  путем  их  помещения  в  раствор  варнерина  на  60  минут,  затем  катетеры  переносили  в  стерильную  чашку  Петри  и  высушивали.  Указанную  процедуру  повторяли  5  раз,  после  чего  отрезки  катетеров  имплантировались  животным  под  кожу  спины.  В  зависимости  от  предварительной  обработки  отрезков  катетеров  и  способа  применения  варнерина  животные  каждой  группы  были  разделены  на  пять  подгрупп. 

Первой  подгруппе  имплантировали  стерильные  катетеры  и  в  эту  же  область  однократно  вводили  1  мл  варнерина.  Второй  подгруппе  имплантировали  катетеры  с  предварительно  выращенными  на  них  в  течение  двух  суток  биопленками,  в  эту  же  область  ежесуточно  вводили  1  мл  варнерина.  Третьей  подгруппе  вводили  стерильные  катетеры  и  затем  в  операционную  рану  после  ее  закрытия  ежесуточно  вводили  0,5  мл  взвеси  стафилококка  в  физиологическом  растворе,  содержащем  10⁹  КОЕ/мл,  после  чего  ежесуточно  вводили  1  мл  варнерина.  Четвертой  подгруппе  имплантировали  стерильные  катетеры,  предварительно  обработанные  варнерином.  Пятой  подгруппе  животных  также  имплантировали  катетеры,  предварительно  обработанные  варнерином,  а  затем  в  операционную  рану  однократно  вводили  0,5  мл  взвеси  стафилококка  в  физиологическом  растворе,  содержащем  10⁹  КОЕ/мл.  Животные  контрольной  группы  были  разделены  на  аналогичные  подгруппы,  но  без  применения  варнерина.

Животных  всех  групп  выводили  из  эксперимента  путем  передозировки  эфира  в  первые,  вторые  и  третьи  сутки,  после  чего  для  гистологического  исследования  забирали  ткани  вокруг  катетера,  которые  фиксировали  в  10  %  растворе  формалина.  Обработку  препаратов  проводили  по  общепринятой  методике  и  окрашивали  гематоксилином  и  эозином,  пикрофуксином  по  ван  Гизону,  по  Броун-Хопсу. 

Результаты  и  обсуждение:

В  первой  подгруппе  при  имплантации  стерильных  катетеров  и  однократного  введения  1  мл  варнерина  отмечалась  последовательная  смена  фаз  воспаления  вокруг  катетеров  в  течение  трех  суток,  характерная  для  развития  воспалительных  реакций  на  инородное  тело  в  коже  у  мышей  [5].  При  этом  значимых  отличий  в  клеточном  составе  и  морфологии  окружающих  катетер  тканей  при  введении  варнерина  выявлено  не  было.

Во  второй  подгруппе  при  имплантации  катетеров  с  предварительно  выращенными  на  них  двухсуточными  биопленками  и  ежесуточном  введении  варнерина  в  протекании  фаз  воспаления  имелись  следующие  особенности.  В  первые  сутки  отмечался  отек  и  повышенное  кровенаполнение  окружающих  катетер  тканей  с  выпадением  фибрина.  Инфильтрат  был  представлен  макрофагами  и  лимфоцитами.  На  вторые  стуки  фибрин  обнаруживался  не  только  снаружи,  но  и  в  просвете  катетера.  Отмечалось  очаговое  скопление  клеток  —  лимфоцитов,  макрофагов,  нейтрофилов  с  образованием  «гнойных  телец»  и  колоний  микроорганизмов.  По  периферии  катетера  обнаруживались  единичные  нейтрофилы,  макрофаги,  фибробласты.  На  третьи  сутки  воспалительный  инфильтрат  был  представлен  единичными  лимфоцитами,  макрофагами,  нейтрофилами,  а  фибробласты  формировали  ограничительный  вал  вокруг  катетера.  По  сравнению  с  аналогичной  подгруппой  без  использования  варнерина  при  его  ежесуточном  введении  в  область  имплантации  катетера  с  биопленками  отмечается  исчезновение  колоний  и  уменьшение  объема  воспалительного  инфильтрата.  Данная  тенденция  особенно  выражена  со  вторых  суток. 

В  третьей  подгруппе  с  ежесуточным  введением  взвеси  стафилококка  в  зону  имплантации  катетера  и  последующим  ежесуточным  введением  1  мл  варнерина  протекание  фаз  воспаления  имело  следующие  особенности.  Уже  на  первые  сутки  в  лейкоцитарную  фазу  отмечалось  формирование  микробных  колоний  на  поверхности  катетера,  по  периферии  отмечалось  формирование  воспалительного  инфильтрата  из  нейтрофилов,  макрофагов  и  фибрина  с  формированием  микроабсцесса.  На  вторые  сутки  морфологическая  картина  оставалась  прежней  с  тенденцией  к  уменьшению  объема  колоний.

На  третьи  сутки  в  инфильтрате  появились  фибробласты,  синтезирующие  коллаген,  и  обилие  лимфоцитов.  При  этом  объем  воспалительного  инфильтрата  и  колоний  микроорганизмов  уменьшался.  По  сравнению  с  аналогичной  подгруппой  без  использования  варнерина  при  его  ежесуточном  введении  в  область  имплантации  катетера  на  фоне  массивного  бактериального  обсеменения  также  отмечается  тенденция  к  уменьшению  объема  воспалительного  инфильтрата  и  колоний  микроорганизмов.

В  четвертой  подгруппе  при  имплантации  стерильных  катетеров,  предварительно  обработанных  варнерином,  отмечалась  последовательная  смена  фаз  воспаления  вокруг  катетеров  в  течение  трех  суток.  При  этом  значимых  отличий  от  первой  подгруппы  и  от  аналогичной  подгруппы  без  использования  варнерина  не  наблюдалось. 

В  пятой  подгруппе  при  имплантации  стерильных  катетеров  с  предварительной  обработкой  варнерином  и  однократным  введением  взвеси  стафилококка  в  операционную  рану  отмечались  следующие  изменения.  На  первые  сутки  отмечалась  инфильтрация  полинуклеарами  окружающих  катетер  тканей.  На  вторые  сутки  в  окружающих  катетер  тканях  появлялись  фибрин,  колонии  микроорганизмов,  обильная  инфильтрация  полинуклеарами.  На  третьи  сутки  отмечалась  инфильтрация  окружающих  катетер  тканей  нейтрофилами,  макрофагами  с  обилием  фибрина.  Появлялись  колонии  микроорганизмов  как  в  просвете  катетера,  так  и  в  окружающих  его  тканях.  По  периферии  выявлялись  фибробласты.  По  сравнению  с  аналогичной  подгруппой  без  предварительной  обработки  катетеров  варнерином  значимых  отличий  в  виде  исчезновении  колоний  и  уменьшения  объема  воспалительного  инфильтрата  обнаружено  не  было.

Выводы:

1.  Введение  низкомолекулярного  катионного  пептида  варнерина  как  в  виде  инъекций,  так  и  при  предварительной  обработке  им  катетера  при  отсутствии  бактериального  обсеменения  не  оказывает  влияния  на  клеточный  состав  инфильтрата  вокруг  катетера.

2.  Применение  низкомолекулярного  катионного  пептида  варнерина  в  виде  инъекций  при  имплантации  катетеров  как  с  предварительно  выращенными  биопленками,  так  и  при  ежесуточном  введении  взвеси  стафилококка  в  ткани  ведет  к  уменьшению  и  исчезновению  колоний  микроорганизмов,  а  также  к  снижению  выраженности  воспалительной  реакции. 

3.  Имплантация  катетеров,  предварительно  обработанных  низкомолекулярным  катионным  пептидом  варнерином,  не  оказывает  влияния  на  рост  колоний  микроорганизмов  и  характер  клеточного  инфильтрата,  что  свидетельствует  о  необходимости  создания  специальных  форм  варнерина,  адсорбированных  на  поверхности  катетера.

Список  литературы:

1.Коробов  В.П.,  Лемкина  Л.М.,  Полюдова  Т.В.,  Акименко  В.К.  Выделение  и  характеристика  нового  низкомолекулярного  антибактериального  пептида  семейства  лантибиотиков.  Микробиология.  —  2010.  —  Т.  79.  —  №  2.  —  С.  228—238.

2.Коробов  В.П.,  Лемкина  Л.М.,  Полюдова  Т.В.  Варнерин  —  новый  лантионинсодержащий  пептид:  структура,  свойства,  антибактериальное  действие.  Вестник  Пермского  научного  центра  Уральского  отделения  РАН.  —  2009.  —  №  4.  —  С.  22—26.

3.Коробов  В.П.,  Полюдова  Т.В.,  Лемкина  Л.М.  Пептидные  факторы  микробного  антагонизма  —  природные  антибиотики  широкого  спектра  действия.  Пермский  медицинский  журнал.  —  2005.  —  Т.  22.  —  №  1.  —  С.  134—144.

4.Литвинов  В.В.,  Лемкина  Л.М.,  Фрейнд  Г.Г.,  Коробов  В.П.  Экспериментальные  подходы  к  созданию  модели  катетер-ассоциированной  инфекции,  обусловленной  биопленками  стафилококков.  //  Вестник  уральской  медицинской  академической  науки  —  2011.  —  Т.  38.  —  №  4.  —  С.  105—106.

5.Майборода  А.А.  Динамическая  структура  очага  воспаления//  Морфофизиологические  критерии  адаптивных  состояний.  Иркутск,  1979.  —  С.  38—49.

6.Fontana  M.B.C.,  M.C.  Bastos,  A.  Brandelli.  Bacteriocins  Pep5  and  epidermin  inhibit  Staphylococcus  epidermidis  adhesion  to  catheters.  Curr  Microbiol.  —  2006.  —  Vol.  52.  —  P.  350—353.

7.Levine  A.S.,  S.C.  Schimpf,  R.G.  Graw,  R.C.  Young.  Hematologic  malignancies  and  other  marrow  failure  states:  progress  in  the  management  of  complicating  infections.  Semin.  Hematol.  —  1974.  —  Vol.  11.  —  P.  141—202.