A hagyományos kínai gyógyszerkivonatok Staphylococcus aureus biofilmjére gyakorolt hatásának vizsgálata
A baktérium biofilm (BF) a baktériumok által a természetes környezethez való alkalmazkodás érdekében kialakított speciális funkcionális struktúrára utal, amely a növekedési folyamat során fokozatosan az élő vagy nem élő szervezetek felületéhez tapad. Ez egy bakteriális közösség, amely baktériumsejtekből és a baktériumok által szekretált, vizet tartalmazó polimer szubsztrátokból áll. A BF kialakulása egy hatékony gátnak felel meg a külső behatolással szemben, amely lehetővé teszi a baktériumok számára, hogy ellenálljanak a gazdaszervezet immunrendszerének és az antibiotikumok pusztító hatásának, ezáltal kialakul az antibiotikumokkal szembeni rezisztencia (10-1000-szer nagyobb, mint planktonikus állapotban), ami megnehezíti a fertőzések tisztítását, és napjainkban a nehezen kezelhető fertőzések egyik fő potenciális forrásává válik. Ezért a bakteriális biofilmes fertőzések kezelésére kizárólag hagyományos antibiotikumok alkalmazása nagymértékben csökkenti a hatékonyságot.
A Staphylococcus aureus egy gyakori élelmiszer eredetű kórokozó, amely széles körben jelen van a természetes környezetben. A Staphylococcus aureus fontos jellemzője, hogy képes biofilmeket képezni a fertőzés helyén, ami megnehezíti az ilyen törzsek által okozott fertőzések kezelését. A biofilm állapotában lévő Staphylococcus aureus kezeléséhez magasabb koncentrációjú antibiotikumokat kell alkalmazni, de az antibiotikumok túlzott alkalmazása a gyógyszerrezisztencia kialakulásához vezethet, és szinergista bakteriális fertőzések kialakulásához vezethet. Az utóbbi években néhány új stratégiáról számoltak be a biofilm-fertőzések kezelésére, beleértve a sűrűségérzékelő rendszer csillapítóit és az antibiotikum-kombinációs sűrűségérzékelő rendszer csillapítóit, de ezeket a módszereket nem hagyták jóvá. Ezért fontos választássá vált a természetből származó természetes antibakteriális szerek megtalálása, amelyek képesek gátolni a biofilmképződést.
Az Egészségügyi Világszervezet előrejelzése szerint világszerte a modern gyógyszerek 25%-je közvetlenül vagy közvetve gyógynövényekhez kapcsolódik, ebből az 1981 és 2019 között jóváhagyott 162 antimikrobiális gyógyszerből 94 természetes termékekből származik. A gyógynövények a bioaktív molekulák egyik fő forrása, de a gyógynövényekből származó antimikrobiális szerek biofilmek elleni szűrése még mindig a kezdeti stádiumban van. Jelenleg nemzetközileg arról számoltak be, hogy a gyógynövényekből, például a Scutellaria baicalensis, Scutellaria baicalensis és Curcuma longa kivonatok aktivitást mutatnak a Staphylococcus aureus biofilmjének gátlásában. A hagyományos kínai gyógyászat jellemzői a több összetevő, a több célpont és a több hatás, és nem hajlamos a gyógyszerrezisztencia kialakulására, ezért jó alkalmazási kilátásokkal rendelkezik az antibakteriális terápiában. Jelenleg is van néhány jelentés a Staphylococcus aureus biofilmjének kínai gyógynövényekkel történő gátlásáról: Li és munkatársai megállapították, hogy a hagyományos kínai gyógyszer, a Hezi jelentősen gátolja a Staphylococcus aureus biofilmképződését, és jó antibakteriális hatással is rendelkezik; Liao és munkatársai megállapították, hogy a Houttuynia cordata vizes kivonata hatékonyan gátolja a Staphylococcus aureus biofilmképződését. Ezért a gyógynövények fontos forrást jelentenek a kórokozók biofilmjének gátlói feltárásában. Az ezekkel a gyógynövényekkel kapcsolatos kutatások többsége azonban a biofilm funkciójuk elemzésén alapul, az antibakteriális aktivitásuk előfeltétele alapján. Ez a kivonatok antibakteriális hatása miatt zavarhatja a vizsgálati eredmények megítélését, vagy kihagyhatja az olyan növényi kivonatok szűrését, amelyek nem rendelkeznek antibakteriális hatással, de biofilmgátló hatással rendelkeznek. Ezért ez a tanulmány 16 helyi jellegzetes kínai gyógynövényt, például rebarbarát választott ki kutatási tárgyként, elemezte a különböző oldószeres kivonatok hatását a Staphylococcus aureus növekedésére, és ez alapján kiválasztott szubgátló koncentrációjú kivonatokat, hogy elemezze a biofilmképződésre gyakorolt hatásukat, azzal a céllal, hogy útmutatást nyújtson a hagyományos kínai gyógyászat anti biofilmképződésének kutatásához és gyógyszerfejlesztéséhez.

A Staphylococcus aureus fertőzéssel kapcsolatos esetek kezelésére jelenleg az antibiotikumok jelentik a fő stratégiát. A Staphylococcus aureus biofilm kialakulása azonban fokozza az antibiotikumokkal szembeni rezisztenciáját, ezáltal csökkentve az antibiotikumok hatékonyságát. Ezért a biofilmképződés gátlása vagy megszüntetése az antibiotikumok alkalmazása előtt jelentősen javítja az antibiotikumok hatékonyságát. Ez a klinikai gyakorlatban is hatékony módja a baktériumok rezisztenciájának és a biofilmképződés okozta krónikus fertőzések megoldásának. Ebben a kísérletben 16 hagyományos kínai gyógynövényt választottak ki antibakteriális hatásuk vizsgálatához. Az eredmények azt mutatták, hogy a legtöbb kivonat antibakteriális hatással rendelkezett a Staphylococcus aureus ellen, míg a Longgu Feng nem mutatott antibakteriális hatást a Staphylococcus aureus ellen, ami összhangban van más kutatók kísérleti eredményeivel. A Longgu Feng a Cyatheaceae növény Cyathea szárát jelenti, amely főként olyan kémiai összetevőket tartalmaz, mint a terpének, flavonoidok, fenolsavak és szteroidok; jelenleg különböző farmakológiai tevékenységeket mutattak ki, mint például a szél és a nedvesség elűzése, a vérkeringés elősegítése és a vér pangásának eloszlatása, a hő eltávolítása és a méregtelenítés, valamint a daganatellenes hatás. Bár a Longgu Feng antibakteriális hatása a Staphylococcus aureusra nem jelentős, még mindig van lehetőség más bioaktív funkciók feltárására. Számos növényi eredetű kivonat rendelkezik antibakteriális hatással a Staphylococcus aureus ellen, de a kivonatok összetétele összetett, és a hatás célpontja nem világos. Ezért még hosszú út vezet az antibiotikumok hagyományos kínai orvoslással történő teljes kiváltásához.

A Staphylococcus aureus gyógyszerrezisztenciájának számos mechanizmusa létezik, amelyek közül a biofilmképződés okozta gyógyszerrezisztencia problémája egyre nagyobb figyelmet kap. Jelenleg kutatások folynak a biofilmképződés okozta patogén baktériumrezisztencia jelenségének ellenőrzésére a biofilmképződés eltávolításával vagy gátlásával kémiai vagy biológiai módszerekkel. Különösen a Staphylococcus aureus biofilm elleni hagyományos kínai gyógyászati gyógyszerek kifejlesztését használták a Staphylococcus aureus biofilm ellenállásának hatékony csökkentésére, különösen a különböző típusú flavonoidok rendelkeznek a Staphylococcus aureus növekedését és biofilmképződését gátló aktivitással. Ez a kísérlet megállapította, hogy a rebarbara, a Polygonum cuspidatum, a Qianghuo, a Ligustrum lucidum, a Scutellaria baicalensis, a Scutellaria baicalensis, a Scutellaria baicalensis, a Scutellaria baicalensis és a borsmenta víz- és alkoholkivonatai jelentős gátló hatással vannak a Staphylococcus aureus biofilmjére. A fenti gyógynövények összetett összetevőinek irodalmi áttekintése azt mutatta, hogy a rebarbara, a Polygonum cuspidatum, a Ligustrum lucidum, a Scutellaria baicalensis, a Scutellaria baicalensis, a Scutellaria baicalensis, a Scutellaria baicalensis, a Scutellaria baicalensis és a borsmenta mind flavonoidokat tartalmaz. Az azonban, hogy a bennük található flavonoidok összefüggésben vannak-e a Staphylococcus aureus biofilm kialakulásának gátlásával, még további kísérletekben történő további ellenőrzésre szorul. Ezenkívül a kutatások arról számoltak be, hogy a rebarbara és a Polygonum cuspidatum nagy mennyiségű antrakinon anyagot, emodint tartalmaz, és Xiang és munkatársai azt is megerősítették, hogy az aloe vera antrakinon anyagot, emodint tartalmaz, és a Staphylococcus aureus biofilm kialakulását gátló aktivitással rendelkezik. Ezért feltételezhető, hogy a Staphylococcus aureus biofilm gátlása a rebarbara és a Polygonum cuspidatum kivonatok által ebben a kísérletben az antrakinon anyag emodin jelenlétével függhet össze.

Jelenleg a növényi hatóanyagok nagy potenciállal rendelkeznek a bakteriális biofilmekbe való beavatkozásban, mivel a hagyományos antibiotikumok nehezen hatolnak be a bakteriális biofilmekbe, és hajlamosak a szermaradványok és a rezisztencia problémáira. Ezért a növényi hatóanyagok önmagukban történő alkalmazása nehézkes a bakteriális biofilm-fertőzések megfékezésében. Azonban az alacsony szermaradék- és toxicitású növényi hatóanyagok antibiotikumokkal együtt történő alkalmazása hatékonyan csökkentheti a felhasznált gyógyszerek mennyiségét, mérsékelheti azok toxikus mellékhatásait, és lehetővé teszi a gyógyszerek számára a bakteriális biofilmekbe való behatolást. Dey és munkatársai megállapították, hogy a naringin tetraciklinnel és ciprofloxacinnal való kombinálása fokozhatja e két antibiotikumnak a Pseudomonas aeruginosa biofilmképződés gátlására való képességét. Yan és munkatársai megállapították, hogy a timol és a benzilpenicillin kombinációja jelentősen fokozhatja a Staphylococcus aureus biofilmre gyakorolt gátló és tisztító hatását. Ezenkívül a hagyományos kínai gyógyszerkivonatokból nanoformulák is készíthetők, mivel a hagyományos antibiotikumok nehezen hatolnak be az erősen strukturált érett biofilmekbe. A növényi hatóanyagokból azonban nano inhibitorok készíthetők, amelyek előnyösek a gyógyszerek számára, hogy bejussanak a bakteriális biofilmekbe és kifejtsék terápiás hatásukat. A nanoberberin például képes gátolni az Acinetobacter baumannii, a Pseudomonas aeruginosa és a Staphylococcus aureus biofilmek kialakulását, megtisztítani érett biofilmjeiket, és csökkenteni a biofilmekkel kapcsolatos virulenciafaktor-gének expresszióját. Tehát a növényi hatóanyagok kombinálása más gyógyszerekkel a biofilmes fertőzések kezelésére jó eredményeket érhet el, és fontos alkalmazási kilátásokkal bírhat.

Ezenkívül a hagyományos kínai orvoslás extrakciós módszere is befolyásolhatja a gyógyszeraktivitási kísérletek eredményeit. Chu és munkatársai öt különböző extrakciós módszert alkalmaztak a Luo Xianzi hagyományos kínai gyógyszer hatóanyagainak kivonására, és megállapították, hogy a vizes extrakcióval nyert terméknek volt a legerősebb antibakteriális aktivitása. Zhang és munkatársai vizes extrakciót, alkoholos extrakciót és szuperkritikus CO2-t használtak a Schisandra chinensis hatóanyagainak kivonására. Megállapították, hogy az alkoholos extrakcióval nyert hatóanyag antibakteriális aktivitása szignifikánsan magasabb volt, mint a másik két oldószeres kivonaté. Iqbal és munkatársai megállapították, hogy az Araceae metanol, n-hexán, etil-acetát, n-butanol és vizes kivonatai különböző antibakteriális hatással rendelkeznek a vizsgált kórokozókra. A vegyületösszetétel-elemzés jelentős különbségeket mutatott ki a komponensek típusában és mennyiségében ezekben a különböző oldószeres kivonatokban. Zhang és munkatársai 7 különböző oldószert használtak az Angelica gyökér kivonásához, és jelentős különbségeket találtak a különböző oldószerekből származó kivonatok biológiai aktivitásában és vegyületösszetételében. Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a különböző oldószerekkel kivont növényi kivonatokban lévő komponensek típusai és mennyiségei eltérőek lehetnek. Ebben a kísérletben vizet és etanolt használtak oldószerként a hagyományos kínai gyógyászatból származó hatóanyagok kivonására. Az eredmények azt mutatták, hogy négy gyógyszer, nevezetesen a Tie Lingxian, a Pixian Grass, a Feng Wei Grass és a Jing Jie vizes kivonata elősegítő hatással volt a Staphylococcus aureus biofilm kialakulására, míg alkoholos kivonataik gátló hatással voltak a Staphylococcus aureus biofilm kialakulására. Feltételezhető, hogy ennek oka a két különböző extrakciós módszerrel kivont anyagok összetételének és mennyiségének különbsége lehet, ami a Staphylococcus aureus biofilm kialakulására gyakorolt eltérő hatásokhoz vezet. Ez a felfedezés némi támpontot ad arra, hogy a biofilmeket gátló és a biofilmek kialakulását elősegítő anyagok különböző oldószerekkel kivonhatók. Ha a jövőben a Tielingxian, Pixian Grass, Phoenix Tail Grass és Schizonepeta tenuifolia gátlószereket fejlesztünk ki, megfontolandó, hogy először vízzel extraháljuk őket a szennyeződések eltávolítása érdekében, majd a kivonataikat ismét etanollal extraháljuk. Ezért a kísérlet eredményei referenciát nyújthatnak a Staphylococcus aureus biofilmre gátló hatású természetes gyógyszerek kifejlesztéséhez, ezáltal csökkentve az antibiotikumok használatát.
A vizsgálat eredményei azt mutatták, hogy a 16 kínai gyógynövény kivonatainak többsége gátló hatással van a Staphylococcus aureus biofilmjére, de egyes kivonatok magas koncentrációban fejtik ki hatásukat, mint például a Qianghuo és a Ligustrum lucidum vizes kivonata 60 mg/ml feletti koncentrációval. Ezeknek a magas koncentrációjú kivonatoknak a tényleges értéke nem magas, ezért ezeknek a gyógynövényeknek a fejlesztésénél átfogóan figyelembe kell venni olyan tényezőket, mint a kivonataikban lévő hatékony hatóanyagok tartalma vagy hatékonysága. Jelenleg a hagyományos kínai gyógyászat kutatása a biofilm elleni kezelésre Kínában még mindig a feltáró szakaszban van, és a hatóanyagok és a célpontok tanulmányozása nem elég mély. A jövőben a biofilm-ellenes kezelésre alkalmas aktív gyógynövények szűrése alapján azonosítani kell a hatóanyagaik összetevőit, valamint molekuláris biológiai szinten tanulmányozni kell a célpontjaikat és hatásmechanizmusaikat.