打破堡垒：打击临床生物膜

治疗细菌感染可能是挑战性的，甚至在建造堡垒时也是如此。这些堡垒或“生物膜”，生活和非生物表面的形式，如心脏瓣膜，保护免疫应答和抗生素的细菌。这可能导致严重，慢性条件，例如心脏衬里（心内膜炎）的感染，复发感染和增加的死亡率。为了帮助打击这一点，耶拿大学医院研究员Lara Thieme一直在探索抗生物膜研究的最佳实践以及对肠球菌生物膜的抗生素的有效性。

细菌是可怕的有机体。这些“简单”细胞成功地在地球上的几乎每一个表面上定居，入侵动物(包括人类)的身体，逃避复杂的免疫反应，并发展出几种抗生素耐药性机制。其中一种方法是通过创造生物膜——一种保护内嵌的细菌群落免受外部压力的黏糊糊的堡垒。

虽然他们的弹性是可以钦佩的东西，但它也可以使细菌感染难以治疗。事实上，动物和人们的生物膜形成可能导致理论上“足够”的抗生素疗法失败，导致感染复发和增加的死亡率。这通常用肠球菌看到，这通常会导致生物膜相关的感染，例如感染性心内膜炎。肠球菌使用宿主血小板和纤维蛋白来构建宿主心脏中的生物膜，导致心脏瓣膜和心内膜的潜在致命炎症。

然而，即使高达65-80%的人类感染与生物膜的形成有关，大多数关于传染病的研究都集中在与急性感染相关的浮游细菌上。此外，那些研究临床生物膜的人仍然缺乏足够的、标准化的方法来评估抗生物膜治疗——这导致了研究界的混乱，并可能影响患者的预后。

进入耶拿大学医院研究员和抗生物膜研究方法标准化倡议者，Lara Thieme。Thieme一直致力于突出临床生物膜研究的最佳实践，并研究某些抗生素在抑制和根除浮游生物方面的有效性粪肠球菌和它的生物膜。

生物膜的问题
生物膜的形成被认为是持续感染的最大驱动因素之一。它们不仅能保护细菌不受宿主免疫系统等敌对元素的影响，还能释放细菌，使它们能够传播并在新的表面上定居——有效地扩大它们的数量和领土。

动物和人体内的生物膜形成可能导致理论上“足够的”抗生素治疗失败，导致复发感染和死亡率增加。

此外，这些黏滑的“堡垒”已经被证明可以承受比“自由漂浮”细胞高100倍，在某些情况下甚至高达1000倍的抗生素浓度。研究人员认为这可能是由于生物膜的结构防止抗生素的细菌和细菌的分布在整个生物膜与不同的代谢活动,与一些抗生素只能影响生物膜的外层氧存在和细菌快速生长的地方。众所周知，生物膜是耐抗生素细菌的藏身之所。

因此，了解临床生物膜并找到对抗它们的方法是至关重要的。然而，以一种治疗上有用的方式来研究这些生长可能是具有挑战性的。而研究人员已经实施了几种方法来研究生物膜的抗菌敏感性在体外在美国，没有一家公司能够充分模仿在活的有机体内生物膜，有不同的形态，细胞数量和生物量取决于形成的位置。在心脏中形成的生物膜与在肠道中形成的不同。这使得研究人员无法为临床情况推荐合适的抗生素。

此外，研究人员尚未达成衡量生物膜抗微生物易感性的最佳方法。虽然已经提出了最小的生物膜消除浓度（MBEC），最小的生物膜抑制浓度（MBIC），生物膜杀菌浓度（BBC）和生物膜预防浓度（BPC）作为治疗生物膜相关感染的指导，它们的定义和解释变化publications, and agencies such as The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing (EUCAST) and the Clinical and Laboratory Standards Institute (CLSI) haven’t provided standardised definitions. These inconsistencies impact the accuracy and clarity of results and could lead to poorer patient outcomes if applied clinically.

解决方案
Thieme认为，定义精确的标准化生物膜敏感性参数是提高抗生物膜研究准确性、减少混淆和矛盾的关键。在每一种情况下，对照和试验生物膜都应该在抗菌处理前后的时间点进行测量——要么通过确定活菌细胞的数量，要么通过成像或染色，要么通过光度法。Thieme还指出，测量生物膜的根除作用，而不是抑制作用，有助于改善生物膜敏感性试验和患者预后之间的相关性。

更重要的是,在活的有机体内生物膜模型可以用昆虫模型来改进，例如大蜡蛾(广场mellonella）幼虫，可以容易且不廉价地获得哺乳动物提供的道德限制。它们允许由于对细菌生物膜的黑色化反应而简单且快速评估生物膜敏感性，如果测试的抗生素在根除生物膜中没有有效地没有效率，则转动幼虫黑色。此外，幼虫可以在37℃下存活并具有先天免疫系统，密切镜像脊椎动物中的天生系统。更好的是，该模型可以通过确认表现良好的抗生素来帮助减少哺乳动物试验的数量在体外也可以表演在活的有机体内．G. Mellonella.已经被用于研究多种细菌的抗菌素敏感性，包括粪肠球菌那金黄色葡萄球菌和大肠杆菌．

标准化的抗生物膜研究方法，以及改进的体内生物膜模型，可以帮助研究人员预防、抑制或根除[生物膜]，并推动更好的患者预后。

把它付诸实践
尽管以上所有，但都需要进行生物膜的抗生素敏感性在体外在治疗进展到昆虫或动物模型之前，更不用说用于治疗。为E. FAECALIS.-Drive的心内膜炎，抗生素氨苄青霉素和庆大霉素的组合已被提出作为潜在治疗。临床上，需要抗生素组合的协同相互作用来增强个体抗生素的杀菌作用，从而允许使用每个试剂的低剂量。

虽然最常用的是氨苄西林和庆大霉素，但这种疗法可能导致肾脏毒性、对内耳或内耳与大脑之间的神经造成损害。相比之下，氨苄西林和头孢曲松被证明是有效的E. FAECALIS.而且，患者对头孢曲松的耐受性很好，它可以增强氨苄西林对抗细菌的能力，而不是单独发挥作用。然而，头孢曲松的亲戚——头孢塔罗林表现得更明显在体外抗肠球菌活性已被批准用于S.金黄色葡萄球菌相关皮肤感染和社区获得性肺炎。它也被证明可以对抗葡萄球菌生物膜在体外．

因此，Thieme和她的合作者决定测试所有这三种组合(以及它们各自的成分)在根除和防止浮游生物方面的有效性E. FAECALIS.和它的生物膜。在调查了20种临床粪肠杆菌分离株(包括3种来自心内膜炎患者的粪肠杆菌)和一种实验室标准菌株后，研究人员发现头孢他林和氨苄西林比氨苄西林和庆大霉素更能有效地清除浮游分离株。这对抗生素也显示出类似的活性头孢曲松和氨苄西林。然而，没有一种抗生素组合能够根除生物膜，突出了生物膜的顽固性。

重要的是，当暴露于高浓度抗生素时，一些菌株产生了头孢曲松和头孢塔罗林耐药性。这一结果导致Thieme和她的合作者对三种抗生素组合在治疗肠球菌生物膜中的使用提出了质疑，四到六周的治疗会使患者面临发病风险Clostridium艰难术结肠炎、毒性和耐药菌株。

看看抗生素是否表现得相同在活的有机体内， Thieme最近扩展了研究使用G. Mellonella.．她预计将在今年晚些时候发表她的最新研究。

还没被打败
生物膜是细菌统治世界的关键——保护它们免受恶劣环境、免疫系统甚至抗生素的影响。尽管这可能令人钦佩，但当涉及到治疗感染时，它们的恢复能力成为问题，并可能导致继发性问题，如心内膜炎、复发性感染和增加死亡率。采用标准化的抗生物膜研究方法，并加以改进在活的有机体内生物膜模型可以帮助研究人员预防、抑制或根除这些黏糊糊的堡垒，并提高患者的治疗效果。