Hydrofob interaktion och Sorbact sårförband

Åsa Ljungh, med. dr, fil. dr, och Torkel Wadström, med. dr, fil. dr. Inst. för medicinsk mikrobiologi, dermatologi och infektion, Lunds universitet, Sölvegatan 23, 223 62 Lund.

Den hydrofoba principen
Enligt naturens lagar strävar ett system alltid efter lägsta möjliga energiåtgång. När två vattenavvisande (hydrofoba) molekyler kolliderar med varandra ökar entropin och oreda och kaos skapas. Vattenmolekyler som omger de två hydrofoba molekylerna pressar samman dem genom vätebindningar mellan vattenmolekylerna. Även om det inte finns någon attraktionskraft mellan de hydrofoba molekylerna binds de samman genom vad vi kallar hydrofob interaktion och "kastar ut" vattenmolekylerna (figur 1.1).

Hydrofobiner på mikroorganismers cellyta
Ett stort antal studier från de senaste årtiondena har visat att bakterier som Staphylococcus aureus och grupp A-streptokocker, båda välkända sårpatogener, och jästsvampen Candida albicans ofta uttrycker kraftigt hydrofoba egenskaper på cellernas yta (cell surface hydrophobicity, CSH) (2-5). Flera olika strukturer som ger cellytan hydrofoba egenskaper har definierats, t.ex. hårliknande proteinutskott, s.k. fimbrier, på E.coli som medierar vidhäftning till tarmväggen (6,7), hydrofoba proteiner på C. albicans som fått namnet "hydrofobiner" (8) och lipoteikoinsyra i cellväggen hos Gram-positiva bakterier (4). Fimbrier har ofta hydrofoba egenskaper och klassificeras som lektiner, dvs. sockerbindande proteiner (6).

Cellytans hydrofobicitet som virulent egenskap
Det första steget vid infektioner i hud och slemhinnor är vidhäftning av mikroorganismer till skadad vävnad. Flera olika adhesiner som binds till specifika receptorer har identifierats, t.ex. fimbrier i Gram-negativa enterobakterier. En initial vidhäftning kan medieras genom hydrofob interaktion mellan mikroorganismer och strukturer i värdvävnaden, liksom av laddningsinteraktioner. Bindning av extracellulärt matrix (ECM) och serumproteiner, såsom fibronektin, kollagen och fibrinogen kan leda till ytterligare kolonisering av djupare liggande skadad vävnad (9).

Tillväxtförhållandena påverkar uttrycket av cellytans hydrofobicitet
Det är väl känt att tillväxtförhållandena påverkar uttrycket av CSH (5,10). Med hjälp av saltaggregationstestet har vi kunnat visa att en odlingsmiljö som liknar ett sår, dvs. förekomst av serum i ett odlingssubstrat som är rikt på mikroorganismer (hematin-agar) och inkubation i 5% CO2, stimulerar uttrycket av hydrofoba egenskaper på cellytan hos S. aureus, koagulasnegativa stafylokocker, E. coli, Enterobacter cloacae, Pseudomonas aeruginosa, C.albicans och vissa andra bakteriestammar (11). Såväl vi som andra forskare har tidigare visat att tillväxten i näringsfattiga medier som simulerar "utsvältning" av huden främjar uttrycket av molekyler som medierar bindning av ECM-proteiner (12,13).

Sårinfektioner
Efter kolonisering av vävnaden mångfaldigas de sårbildande mikroorganismerna och ger upphov till lokal vävnadsskada genom frisättning av toxiner och enzymer och t.o.m. genom spridning till blodomloppet.

Människokroppen har många olika försvarsmekanismer, t.ex. komplementsystemet, fagocytos, antimikrobiella peptider (defensiner) och andra strukturer i det s.k. medfödda immunsystemet. Specifika antikroppar som riktas mot den koloniserande mikroorganismen kan minska antalet mikroorganismer. Ett flertal studier har visat att ett stort antal mikroorganismer i vävnaden fördröjer sårläkningen. Den dos som krävs för att infektion skall utvecklas är avsevärt lägre hos patienter med diabetes mellitus, patienter som behandlas med kortikosteroider eller immunhämmande läkemedel eller patienter med nedsatt perifert blodflöde.

Förekomst av icke kroppseget material, t.ex. kirurgiska suturer, sänker också dosen för infektion (9). Högre bakterieantal än 105/g vävnad hos i övrigt frisk vävnad har visats ha samband med dålig sårläkning och misslyckad hudtransplantation (14). Å andra sidan visades låg bakterieförekomst förbättra sårläkningsprocesser hos gnagare genom att produktionen av kollagenhydroxyprolin stimulerades (15,16). Många bakteriella produkter, som lipoteikoinsyra och stafylokockenterotoxiner, är potenta mitogener (17).

Sårbehandling
Konventionell sårbehandling består av mekanisk rengöring med vatten, buffrade lösningar eller desinfektionsmedel för att avlägsna bakterier och smuts och skräp (18,19). Detta är av allra största vikt, eftersom smuts och skräp i ett sår försämrar läkningen. Mikrobiologer är negativa till att sätta in antibiotika lokalt eftersom man vet att det kan leda till att antibiotikaresistens utvecklas . Vi har idag stora problem med sårpatogener som är resistenta mot ett stort antal olika antibiotika, t.ex. S. aureus, Enterococcus-stammar och P. aeruginosa, men även koagulasnegativa stafylokocker och streptokocker ( 20-22). När tecken på lokal spridning, t.ex. erysipelas, eller spridning till blodomloppet uppträder är systemisk antibiotikabehandling indicerad.

Sorbact-principen
Sorbact sårförband består av en acetat- eller bomullsväv som är täckt av fettsyraestern DACC (dialkylkarbamoylklorid) som gör Sorbactförbanden starkt hydrofoba. Mikroorganismer i ett sår binds till Sorbact genom hydrofob interaktion och avlägsnas från såret när förbandet byts. Antalet mikroorganismer minskas därigenom till ett antal som kroppen kan kontrollera och såret läks. Eftersom mikroorganismerna binds till förbandet genom hydrofob interaktion begränsas spridningen av mikroorganismer till omgivningen vid byte av förband.

Hydrofob interaktion leder till att vattenmolekyler "kastas ut". Sorbact är därför avsett för våta och fuktiga sår.

Sorbact har visats främja sårläkning hos grisar som infekterats med S. aureus (23) och hos patienter med sårinfektioner som orsakats av en mängd olika mikroorganismer. Det förbättrar också chanserna att transplanterad hud växer fast (24-26).

Användning av Sorbact med eller utan systematisk antibiotikabehandling minskar antalet smittsamma mikroorganismer men eliminerar inte alla bakterier. Detta är en fördel, eftersom ett litet antal mikroorganismer stimulerar sårläkning (15). Sorbact kan ersätta topiskt applicerad antibiotika och förhindrar därmed spridning av antibiotikaresistenta organismer.

References

1. Hjertén S, Wadström T. What types of bonds are responsible for the adhesion of bacteria and viruses to native and artificial surfaces? In: Wadström T et al (eds) Pathogenesis of wound and biomaterial-associated infections. Springer Verlag, London, 1990, p 245-53.
2. Ljungh Å, Hjertén S, Wadström T. High surface hydrophobicity of aggregating Staphylococcus aureus strains isolated from human infections studied with the salt aggregation test, SAT. Infect Immun 1985;47:522-6.
3. Ljungh Å, Österlind M, Wadström T. Cell surface hydrophobicity of group D and viridans streptococci isolated from patients with septicaemia. ZBl Bakteriol Mikrobiol Hyg 1986;A261:280-6.
4. Doyle RJ, Rosenberg M (eds). Microbial cell surface hydrophobicity. ASM, Washington DC, 1990.
5. Hazen KC, Hazen BW. Surface hydrophobic and hydrophilic protein alterations in Candida albicans. FEMS Microbiol Lett. 1993;107:83-8.
6. Faris A, Wadström T, Freer JH. Hydrophobic adsorptive hemagglutinating properties of Escherichia coli possessing colonization factor antigens (CFA/I or CFA/II), type 1 pili, or other pili. Current Microbiol. 1981;5:67-72.
7. Ljungh Å, Wadström T. Fimbriation of Escherichia coli in urinary tract infections. Comparisons between bacteria in the urine and subcultured bacterial isolates. Current Microbiol 1983;8:263-8.
8. Wessels JGH. Hydrophobins: proteins that change the nature of a fungal surface. Adv Microb Physiol. 1997:38:1-45.
9. Wadström T, Ljungh Å. Pathogenesis of wound infections. In: Altmeyer P (ed) Wound healing and infections. Springer Verlag, Stuttgart, 1995.
10. Jonsson P, Wadström T. Cell surface hydrophobicity of Staphylococcus aureus measured by the salt aggregation test (SAT). Current Microbiol 1984;10:203-10.
11. Ljungh Å, Wadström T. Growth conditions influence expression of cell surface hydrophobicity of staphylococci and other wound infection pathoens. Microbiol Immunol 1995;39:753-7.
12. Liang OD, Ascencio F, Vazquez-Juarez R, Wadström T. Binding of collagen, fibronectin, lactoferrin, laminin, vitronectin and heparan sulfate to Staphylococcus aureus strain V8 at various growth phases and under nutrient stress conditions. ZBl Bakteriol Hygiene 1993;279:180-90.
13. Kjelleberg S (ed). Starvation in bacteria. Plenum Press, New York, 1993.
14. Raahave D. Wound contamination correlates with postsurgical infection rates: a new assessment technique. In: Wadström T et al (eds) Pathogenesis of wound and biomaterial-associated infections. Springer Verlag, London. 1990, p.525-32.
15. Laato M, Niinikoski J, Gerdin B. The effect of Staphylococcus aurues bacteria and its products on wound healing. In: Wasdström T et al (eds) Pathogenesis of wound and biomaterial-associated infections. Springer Verlag, London 1990, p25-35.
16. Levenson SM, Kan.Gruber D, Gruber C, Molnar J, Seifter E. Wound healing accelerated by Staphylococcus aureus. Archives Surgery 1983;118:310-20.
17. Aasfjord P, Nyland H, Matre R. The mitogenic properties of lipoteichoic acid from Staphylococcus aureus. APMIS 1986;94:91-6.
18. Nichols RL. Preventing surgical site infections: A surgeon´s perspective. Emerg Infect Dis 2001;7:220-4.
19. Larson E. Hygiene of the skin: When is clean too clean? Emerg Infect Dis 2001;7:225-230.
20. Chambers HF. Methicillin resistance in staphylococci: Molecular and biochemical basis and clinical implications. Clin Microbiol Rev 1997;10:781-91.
21. Sieradzki K, Villari P, Tomasz A. Decreased susceptibilities to teicoplann and vancomycin among coagulase-negative methicillin-resistant clinical isolates of staphylococci. Antimicrob Ag Chemother 1998;42:100-7.
22. Tenover FC, Biddle JW, Lancaster MV. Increasing resistance to vancomycin and other glycopeptides in Stahylococcus aureus. Emerg Infect Dis 2001;7:327-31.
23. Wadström T, Björnberg S, Hjertén S. Hydrophobized wound dressing in the treatment of experimental Staphylococcus aureus infections in the young pig. APMIS 1985;B93:359-63.
24. Lunnergård J, Larsson S, Andersson K, Ljungh Å. Evaluation of wound healing by quantifying of bacteria and computerized image analysis - a pilot study in primary health care. In: Wadström T et al (eds) Pathogenesis of wound and biomaterial-associated infections. Springer Verlag, London, 1990, p.169-73.
25. Friman G. Bacterial affinity for hydrophobic ligands can be employed in the treatment of infected wounds in patients. In: Wadström T et al (eds) Pathogenesis of wound and biomaterial-associated infections. Springer Verlag, London, 1990, p.173-9.
26. Wadström T, Ljungh Å, Jonsson C-E, Hjertén S. Treatment with hydrophobized dressings hastens healing of infected wounds. J Sw Med Assoc 1986;83:2548-50.