MỚI

Khái niệm về Biofilm vi khuẩn nội nha

Ngày xuất bản: 04/05/2023

Chế độ sinh trưởng của biofilm là lối sống ưa thích của vi khuẩn trong môi trường tự nhiên và nhân tạo. Khi vi khuẩn ở pha lỏng, xuất hiện trên những bề mặt có sẵn, ví dụ như các thành ngà của ống tủy chân răng, thì chúng có một ái lực để bám dính và tạo thành lớp biofilm. Biofilm có cấu trúc không đồng nhất, là nơi vi khuẩn có kiểu hình với khả năng thích ứng cao trước áp lực, hàng rào miễn dịch và thuốc kháng sinh. 

1. Vi khuẩn tạo thành biofilm như thế nào?

Quá trình tạo thành biofilm của vi khuẩn phải trải qua một số bước. Trước tiên, một tế bào tự do (planktonic) tiếp xúc với bề mặt đã được phủ sẵn protein (cấu tạo của các thụ thể) cùng với các chất lắng đọng từ môi trường. Sau đó tế bào vi khuẩn thành lập sự liên kết tạm thời với bề mặt bằng chuyển động Brownian, vận chuyển ngược dòng, và/hoặc biểu hiện của các yếu tố cấu trúc như tua và roi.

Trong thời gian ngắn, mối liên kết bề mặt tế bào này trở nên ổn định và bắt đầu sự hình thành của các vi sinh vật, hoặc bằng sự kết hợp với các tế bào trong biofilm khác hoặc bằng các đặc điểm sinh sản tích cực. Các lực cơ học ở những khu vực hẹp và không có hệ thống dòng chảy như là cấu trúc phức tạp của chóp răng sẽ làm thuận lợi cho sự hình thành các cụm vi khuẩn/biofilm này. Tầm quan trọng trong giai đoạn này là sự biểu hiện của các polymer ngoại bào (EPS) nhu polysaccharides, proteins, nucleic acids, and phospholipids, là những thành phần xây dựng nên chất nền, là khung xương của lớp biofilm. Cuối cùng, sự trưởng thành của các cụm vi khuẩn theo 3 chiều cấu trúc sẽ xảy ra ở chất nền ngoại bào. Thông thường, các vi khuẩn trong biofilm sau đó sẽ tách ra khỏi chất nền. Các bước thành lập biofilm được thể hiện trong hình dưới đây.

Sự phát triển của một biofilm đa chủng loài theo thời gian. (1) Sự hình thành lớp màng đầu tiên trên bề mặt. (2) Các tế bào vi khuẩn bám dính ban đầu. (3) Sự gắn kết không thể đảo ngược, sự nhân lên và sự hình thành các quần thể nhỏ. Và (4) Sự trưởng thành của biofilm, hình thành chất nền.

2. Lớp màng vi khuẩn thành lập ở ống tủy chân răng

Hệ vi sinh vật trong ống tủy đã được tìm thấy khi chúng ẩn náu bằng cách bám dính vào thành ngà ở tất cả các mặt ống tủy, chẳng hạn như thành trong của chóp hoặc các ống tủy phụ. Vào năm 2004, Svensater and Bergenholtz đề xuất một giả thuyết về sự hình thành biofilm ở ống tủy chân răng. Quá trình thành lập biofilm ở ống tủy được bắt đầu trực tiếp ngay sau cuộc xâm nhập đầu tiên của vi khuẩn vào buồng tủy và làm phân hủy quá trình viêm. Vị trí ban đầu của tổn thương viêm sẽ di chuyển dần về phía chóp, cung cấp dòng dịch chuyển cho các vi sinh vật xâm nhập để chúng có thể nhân lên và tiếp tục gắn vào các thành ống tủy. Giả thiết này đã được xác minh bằng những quan sát trên kính hiển vi quang học, đã thấy vi khuẩn tách ra từ mặt trong của ống tủy. Điều này có thể giúp giải thích làm thế nào mà tổn thương viêm trở thành 1 nguồn dinh dưỡng cho vi khuẩn trong biofilm phân tách và ẩn náu tại khu vực chóp ống tủy và những vùng xa hơn.

3. Tại sao vi khuẩn lại thành lập lớp màng này?

Sinh lý học của vi khuẩn trong cộng đồng planktonic (vi sinh vật trôi nổi tự do) rất khác biệt so với những vi sinh vật khác cùng phát triển trên bề mặt biofilm. Vi khuẩn planktonic thường nhạy cảm hơn với các tác nhân kháng khuẩn do chúng tiếp xúc với một lượng lớn các tác nhân này. Những kiến thức hiện nay cho thấy sự hình thành biofilm được điều chỉnh để đáp ứng với điều kiện môi trường rất khác nhau giữa các loài khác nhau. Sau khi một tế bào planktonic được nhận diện là một “tín hiệu bề mặt”, thì 1 số cơ chế điều chỉnh sẽ xảy ra trong tế bào, làm chuyển đổi chế độ từ trôi tự do thành biofilm. Các cơ chế điều chỉnh này, hay còn gọi là cảm nhận bề mặt, trong nhiều trường hợp có liên quan đến các receptor đặc biệt ngoài lớp màng tế bào và những tín hiệu chẳng hạn như roi của vi khuẩn. Vai trò cảm biến trước tiên này của roi vi khuẩn rất quan trọng trong giai đoạn khởi phát hình thành biofilm, là yếu tố tín hiệu gây ra 1 loạt các hoạt động nội bào dẫn đến sự hình thành các kiểu hình biofilm. Những yêu cầu về kiểu hình biofilm này sẽ làm cho vi khuẩn được bảo vệ khỏi các tác nhân chống lại chúng, chủ yếu nhờ vào sự hình thành quần thể không đồng nhất trong biofilm, với sự khác biệt về tốc độ tăng trưởng và biểu hiện của gen. Tính chất không đồng nhất của biofilm, cùng với sự phối hợp và ràng buộc có chọn lọc của các yếu tố kháng khuẩn, làm cho biofilm trở thành 1 mục tiêu điều trị khó khăn.

4. Sự đề kháng của biofilm với các yếu tố kháng khuẩn

Thông thường, hiệu quả của các yếu tố kháng khuẩn trong điều trị nội nha được đánh giá dựa vào hoạt tính của chúng đối với vi sinh vật được nuôi cấy trong môi trường in vitro. Tuy nhiên, hệ thống này sử dụng tế bào planktonic không thể hiện đúng với trạng thái như in vivo vì các vi sinh vật được định hướng hơn là được trôi nổi tự do trong cấu trúc của biofilm ở thành ống tủy. Cộng đồng vi sinh vật trong biofilm này có sức đề kháng đáng kể và khó loại trừ triệt để bằng các chất kháng khuẩn.

Sự gia tăng khả năng đề kháng của các loại tế bào vi khuẩn trong biofilm so với các tế bào planktonic được điều chỉnh bởi một số cơ chế bao gồm sự thâm nhập chậm của yếu tố kháng khuẩn vào biofilm, sự thay đổi môi trường vi sinh hóa trong biofilm (tạo thành các vùng chậm tăng trưởng hoặc không tăng trưởng), thích nghi với các phản ứng lực và sự hiện diện của một số lượng lớn các tế bào siêu kháng. Những tế bào siêu kháng này có thể chịu được các tác nhân kháng khuẩn (tức là chúng sẽ không bị tiêu diệt), và có thể được xem là những thực thể sống đặc biệt.

Nghiên cứu về sức đề kháng của vi khuẩn trong biofilm đối với các chất kháng khuẩn đòi hỏi mô hình in vitro phải gần giống với điều kiện lâm sàng. Mặc dù các thí nghiệm về tác nhân kháng khuẩn chống lại vi khuẩn trong biofilm chưa được tiêu chuẩn hóa, nhưng nhiều nghiên cứu đã sử dụng mô hình loại bỏ các tế bào biofilm bằng cơ học sau khi nuôi cấy tế bào theo hình thức truyền thống để nghiên cứu (Colony Forming Units – CFU). Các phương pháp khác bao gồm sử dụng kính hiển vi kết hợp với khả năng bắt màu thuốc nhuộm huỳnh quang để quan sát tại chỗ những hiệu ứng kháng khuẩn trên biofilm. Trong một bài báo cáo gần đây, một phương pháp phân tích biofilm đã được trình bày bao gồm việc đánh giá khả năng tồn tại của màng tế bào và cấu trúc của biofilm để đánh giá tại chỗ hiệu quả của các chất kháng khuẩn lên vi khuẩn trên biofilm. Người ta xác định rằng sau khi kiểm soát các biến số như điều kiện chất nền thì sự thay đổi cấu trúc của biofilm và sự phân bố các tế bào với hoạt động chuyển hóa mạnh mẽ có thể được theo dõi sau khi sử dụng các tác nhân kháng khuẩn trên lâm sàng.

NaOCl (1%) ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của màng tế bào của tất cả các loại vi sinh vật được thử nghiệm và loại bỏ hầu hết các tế bào biofilm. Sự tiếp xúc với EDTA (50 mmol/l) cũng ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của lớp màng ở tất cả các chủng vi sinh vật nhưng chỉ loại bỏ được một lượng ít vi khuẩn trong biofilm như E. faecalis, L. paracasei, và S. anginosus. Chlorhexidine (2.5 %) có ít ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của màng tế bào ở E. faecalis và chỉ loại bỏ được 50% các tế bào biofilm của chúng.

Cần lưu ý rằng tác dụng kháng khuẩn còn phụ thuộc vào bề mặt chứa vi khuẩn, và hầu hết các chủng vi sinh vật đều thể hiện khả năng kháng lại các yếu tố kháng khuẩn ngày một mạnh hơn trên những bề mặt có phủ collagen. Những phát hiện này cung cấp thêm nhiều bằng chứng cho thấy vi khuẩn trong các cộng đồng đồng nhất ở lớp biofilm bám dính trên bề mặt có khả năng đề kháng rất thay đổi đối với các chất kháng khuẩn, mà điều này thường đòi hỏi mô hình biofilm đa tạp có khả năng tái sinh.

Nguồn: Clinical Guide for Optimal Treatment Outcome – Springer International Publishing Switzerland 2017
facebook
104

Bài viết liên quan

Thuốc liên quan

Bình luận0

Đăng ký
Thông báo về
guest
0 Comments
Inline Feedbacks
Xem tất cả bình luận

Bài viết cùng chuyên gia