电场对成熟葡萄球菌生物膜的影响：阻抗光谱表征的局限与治疗新契机

为探究电场对 96 小时成熟耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）生物膜的影响，研究发现阻抗光谱存在局限，电场有治疗潜力。

　　在医学领域，细菌感染如同隐藏在暗处的 “敌人”，严重威胁着人类健康。据统计，细菌感染分别占微生物和慢性感染的 65% 和 80%。近几十年来，由多重耐药（MDR）细菌引发的医院感染急剧增加，极大地影响了外科手术的成功率，还提高了患者的发病率和死亡率。而细菌或真菌产生的生物膜（biofilm）更是 “帮凶”，它是微生物不可逆地附着在生物或惰性表面，并被自身产生的黏液包裹形成的群落。这层 “保护膜” 让微生物能够抵御宿主免疫反应、常见抗生素和去污方法，还降低了现有检测败血症过程工具的诊断准确性，使感染难以诊断和治疗。

为了攻克这一难题，来自那不勒斯费德里克二世大学（University of Naples Federico II）等机构的研究人员展开了深入研究。他们聚焦于 96 小时成熟的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）生物膜，旨在评估电场对其的影响，探索电场参数在治疗和诊断方面的作用。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。实验装置主要包括比色皿测试夹具、阻抗分析仪和数据采集系统，用于控制和监测实验条件。细菌菌株选用 MRSA 参考菌株 ATCC 43,300，通过多种鉴定方法确保菌株准确性。生物膜在无菌聚对苯二甲酸乙二酯（PET）玻片上培养 96 小时。电暴露程序（BEEP）分补偿阶段和测试阶段，在不同频率范围和电压下处理生物膜。采用共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）分析生物膜活性，XTT 测定评估细胞代谢活性，结晶紫（CV）染色分析生物膜总生物量，菌落形成单位（CFU）测定评估生物膜对抗生素的敏感性。

研究结果如下：

1. 不同电压值的影响：通过多种方法评估 5 mV 和 500 mV 电压对金黄色葡萄球菌生物膜的影响。结果显示，500 mV 电暴露程序使总生物量、代谢活性和活菌数显著降低（ANOVA P<0.05），相比 5 mV 电压，CFU 至少降低 90%（ANOVA P<0.001）。
2. 对生物膜代谢活性的影响：XTT 测定表明，500 mV 电压下，成熟金黄色葡萄球菌生物膜代谢活性在所有暴露时间均显著下降，且暴露时间和电场幅度影响代谢活性，EET3 时代谢活性最低。5 mV 电压下，仅 EET3 时代谢活性有显著差异。
3. 对生物膜生物量的影响：CV 染色显示，500 mV 电暴露使生物膜残留生物量显著降低，低于 40%；5 mV 电暴露则呈现时间依赖性影响，EET3 时生物量下降更明显。
4. 通过菌落形成单位计数的抗菌效果：500 mV 电暴露使活菌数随暴露时间增加而减少，至少降低 92.5%（EET1）、98.7%（EET2）和 98.9%（EET3）（ANOVA P<0.001）。5 mV 电暴露仅在 EET3 时活菌数有显著降低。
5. 共聚焦显微镜分析：500 mV 电场暴露后，生物膜黏附量明显减少，6 分钟时效果更显著；5 mV 电场暴露 2 分钟和 4 分钟时生物膜略有改变，6 分钟时大片区域未被生物膜覆盖。
6. 5 mV BEEP 在不同频率子范围的影响：研究发现，在频率范围 SR2（1 kHz 至 100 kHz）内，生物膜残留细菌生物量显著下降，高于其他两个频率范围（SR1 和 SR3），且该频率范围内 CFU 减少百分比最高。

研究结论和讨论部分指出，生物膜电学表征（如 EIS）看似简单无创，但实际会导致生物膜改变，影响测量准确性，限制了其在生物膜识别和诊断中的应用。不过，电场对生物膜的破坏作用为生物膜电治疗提供了可能。目前，关于电场治疗的最佳频率、电压形状、暴露时间等仍有待进一步研究，也需要探索是否存在类似抗生素耐药的电场耐药效应，以及能否建立通用实验装置。这些研究将为改善感染过程管理提供重要依据，推动生物膜相关疾病治疗和诊断技术的发展。