Международный эндокринологический журнал Том 21, №5, 2025

Актуальність. Проблема довготривалих незагоєних ран, особливо в пацієнтів із синдромом діабетичної стопи, все частіше пов’язана з утворенням полімікробних біоплівок, що суттєво знижує ефективність стандартної антимікробної терапії. Мета: вивчити молекулярні механізми антибіотикорезистентності основних збудників інфекцій ран, а також оцінити ефективність фотодинамічної терапії (ФДТ) порівняно зі стандартними антимікробними препаратами проти біоплівок in vitro. Матеріали та методи. Загалом було отримано 66 клінічних ізолятів від 41 пацієнта із синдромом діабетичної стопи, які проходили лікування в Інституті загальної та невідкладної хірургії ім. В.Т. Зайцева НАМН України. У цій когорті (середній вік 61,0 ± 6,3 року) було 58,5 % чоловіків та 41,5 % жінок. У мікробному спектрі переважали Staphylococcus aureus (30 ізолятів) та різноманітні грамнегативні патогени (36 ізолятів). Генетичні маркери резистентності виявляли методом мультиплексної полімеразної ланцюгової реакції, а фенотипову чутливість — за допомогою стандартних методів дискової дифузії та визначення мінімальної інгібуючої концентрації (MIК). Моделювання біоплівок здійснювали на планшетах на 96 лунок та чашках діаметром 35 мм. Ефективність ФДТ (6% 5-амінолевулінова кислота + червоне світло 635 нм) порівнювали із такою стандартних антибіотиків. Результати. Встановлено високу поширеність генів резистентності: CTX-M-2 (26,6 % для S.aureus, 16,7 % серед грамнегативних), VIM (5,6 %), NDM (2,8 %), VanA і VanB (6,7 % для S.aureus), Erm (16,6 % для S.aureus), Tet (23,3 % для S.aureus), QnrB (13,3 % для S.aureus). Найвищий рівень фенотипової резистентності спостерігався до метронідазолу (52,3 %) та цефалоспоринів (22,7 %), із вираженим кореляційним зв’язком між генетичними маркерами та фенотиповими результатами. Випробування MIК продемонстрували, що традиційні антибіотики ефективні проти планктонних клітин, але не можуть повністю ліквідувати зрілі біоплівки. Натомість ФДТ мала виражену антибіоплівкову активність проти як планктонних, так і біоплівкових форм S.aureus, E.coli, K.pneumoniae, P.aeruginosa, A.baumannii та C.albicans. Комбіновані біоплівки (C.albicans + S.aureus; S.aureus + K.pneumoniae) показали обмежену відповідь на комбіновану антибіотико-протигрибкову терапію, тоді як ФДТ викликала помітне структурне руйнування біоплівок. Мікроскопія підтвердила пошкодження біоплівок та дисперсію планктонних клітин після ФДТ, ймовірно, за рахунок утворення синглетного кисню. Отримані результати підкреслюють необхідність інтеграції ФДТ у мультидисциплінарне лікування хронічних інфекцій ран, особливо в умовах поширення антибіотикорезистентності та біоплівок. Висновки. ФДТ є перспективним допоміжним методом для покращення загоєння ран за рахунок ефективного націлення на біоплівки. Необхідні подальші клінічні дослідження для підтвердження отриманих in vitro результатів і оптимізації лікувальних протоколів.

Background. The persistent problem of long-term non-healing wounds, particularly in patients with diabetic foot syndrome, is increasingly associated with the formation of polymicrobial biofilms, which significantly reduce the effectiveness of standard antimicrobial therapy. The present study purposed to investigate the molecular mechanisms of antibiotic resistance among key pathogens involved in wound infection and to assess the efficacy of photodynamic therapy (PDT) compared to conventional antimicrobial agents against biofilms in vitro. Materials and methods. A total of 66 clinical isolates were obtained from 41 patients with diabetic foot syndrome undergoing treatment at the V.T. Zaitsev Institute of General and Urgent Surgery of the NAMS of Ukraine. The cohort (mean age 61.0 ± 6.3 years) consisted of 58.5 % men and 41.5 % women. The microbial spectrum included Staphylococcus aureus (30 isolates) and various Gram-negative pathogens (36 isolates). Genetic markers of resistance were identified by multiplex polymerase chain reaction, and susceptibility phenotypes were determined using standard disk diffusion and minimum inhibitory concentration (MIC) assays. Biofilms were modelled on 96-well plates and 35-mm dishes. The efficacy of PDT (6% 5-aminolevulinic acid + red light 635 nm) was assessed in comparison with standard antibio­tics. Results. Results demonstrated a high prevalence of resistance genes: CTX-M-2 (26.6 % in S.aureus, 16.7 % in Gram-negatives), VIM (5.6 %), NDM (2.8 %), VanA and VanB (6.7 % in S.aureus), Erm (16.6 % in S.aureus), Tet (23.3 % in S.aureus), QnrB (13.3 % in S.aureus). Phenotypic resistance was highest for metronidazole (52.3 %) and cephalosporins (22.7 %), with strong correlations between genetic markers and phenotypic results. MIC testing revealed that conventional antibiotics, while effective against planktonic cells, failed to eradicate mature biofilms. PDT exhibited significant antibiofilm activity against both planktonic and biofilm forms of S.aureus, E.coli, K.pneumoniae, P.aeruginosa, A.baumannii, and C.albicans. Combined biofilms (C.albicans + S.aureus; S.aureus + K.pneumoniae) showed limited response to combined antibiotic/antifungal therapy, whereas PDT induced notable structural disruption. Microscopy confirmed biofilm damage and planktonic dispersion post-PDT, likely mediated by singlet oxygen generation. These findings underscore the need for integrating PDT into the multidisciplinary management of chronic wound infections, especially where antibiotic resistance and biofilms are prominent. Conclusions. PDT represents a promising adjunctive modality for enhancing wound healing outcomes by effectively targeting biofilms. Future clinical studies are needed to validate these in vitro results and to optimize treatment protocols.

цукровий діабет; синдром діабетичної стопи; хронічні рани, що погано загоюються; біоплівки; фотодинамічна терапія; антимікробна резистентність

diabetes mellitus; diabetic foot syndrome; long-term non-healing wounds; biofilms; photodynamic therapy; antimicrobial resistance

1. Kortright KE, Chan BK, Koff JL, Turner PE. Phage therapy: A renewed approach to combat antibiotic-resistant bacteria. Cell Host Microbe. 2019;25(2):219-232. doi: 10.1016/j.chom.2019.01.014.
2. Yang L, Zhang D, Li W, Lin H, Ding C, et al. Biofilm micro–environment triggered self-enhancing photodynamic immunomo–dulatory microneedle for diabetic wound therapy. Nat Commun. 2023;14(1):7658. doi: 10.1038/s41467-023-43067-8.
3. Hou C, Zhang L, Wang L, Zhao S, Nie J, et al. A meta-ana–lysis and systematic review of photodynamic therapy for diabetic foot ulcers. Photodiagnosis Photodyn Ther. 2024;48:104228. doi: 10.1016/​j.pdpdt.2024.104228.
4. Khan I, Kamal A, Akhtar S. Diabetes driven oncogenesis and anticancer potential of repurposed antidiabetic drug: A systemic review. Cell Biochem Biophys. 2024;82(3):1907-1929. doi: 10.1007/s12013-024-01387-6.
5. Hamed SM, Darwish MM, Monir R, Taweel AA, Ghanem AI, Hanna IN, Amer MA. Providencia pseudovermicola sp. nov.: Redefining Providencia vermicola and unveiling multidrug-resistant strains from diabetic foot ulcers in Egypt. BMC Microbiol. 2025;25(1):238. doi: 10.1186/s12866-025-03927-3.
6. Chilakamarthi U, Giribabu L. Photodynamic therapy: Past, present and future. Chem Rec. 2017;17(8):775-802. doi: 10.1002/tcr.201600121.
7. Sheng X, Hu L, Li T, Zou Y, Fu HY, et al. Clinical efficacy and mechanism of the combination of autologous platelet-rich gel and recombinant human acidic fibroblast growth factor in the ma–nagement of refractory diabetic foot. Front Endocrinol (Lausanne). 2024;15:1374507. doi: 10.3389/fendo.2024.1374507.
8. Contreras A, Raxworthy MJ, Wood S, Schiffman JD, Tronci G. Photodynamically active electrospun fibers for antibiotic-free infection control. ACS Appl Bio Mater. 2019;2(10):4258-4270. doi: 10.1021/acsabm.9b00543.
9. Hanson KE, Banerjee R, Doernberg SB, Evans SR, Komarow L, et al. Priorities and progress in diagnostic research by the Antibacterial Resistance Leadership Group. Clin Infect Dis. 2023;77​(Suppl 4):S314-S320. doi: 10.1093/cid/ciad541.
10. Lehmann P. Daylight photodynamic therapy: Back to the future? Hautarzt. 2018;69(2):180-183. doi: 10.1007/s00105-017-4068-3.
11. He Y, Liu K, Guo S, Chang R, Zhang C, Guan F, Yao M. Multifunctional hydrogel with reactive oxygen species scavenging and photothermal antibacterial activity accelerates infected diabetic wound healing. Acta Biomater. 2023;155:199-217. doi: 10.1016/j.actbio.2022.11.023.
12. Ivanova Y, Hramatiuk S, Kryvoruchko I, Prasol V, Myasoiedov K. Achievements in the treatment of combat limb trauma: Photodynamic therapy and methods of plastic wound closure. The Ukrainian Journal of Clinical Surgery. 2024;91:25-30. doi: 10.26779/2786-832X.2023.4.25.
13. Prasol VO, Ivanova YV, Zarudnyi OO, Myasoiedov KV, Chinilin AV. Photodynamic therapy in the treatment of diabetic foot syndrome. Klinichna Khirurhiia. 2022;89(5–6):59-60. Available from: http://nbuv.gov.ua/UJRN/KlKh_2022_89_5-6_50.
14. Ivanova Y, Kryvoruchko I, Hramatiuk S, Myasoiedov K, Puliaieva I. Negative pressure therapy in combination with tissue therapy in the treatment of chronic wounds in patients with diabetes mellitus. The Ukrainian Journal of Clinical Surgery. 2024;91:27-32. doi: 10.26779/2786-832X.2024.6.27.
15. Ali A, Zahra A, Kamthan M, Husain FM, Albalawi T, et al. Microbial biofilms: Applications, clinical consequences, and alternative therapies. Microorganisms. 2023;11(8):1934. doi: 10.3390/microorganisms11081934.
16. Rao H, Choo S, Rajeswari Mahalingam SR, Adisuri DS, Madhavan P, Akim A, Chong PP. Approaches for mitigating microbial biofilm-related drug resistance: A focus on micro- and nanotechnologies. Molecules. 2021;26(7):1870. doi: 10.3390/molecules26071870.
17. Sartelli M, Coccolini F, Kluger Y, Agastra E, Abu-Zidan FM, Abbas AES, Ansaloni L. WSES/GAIS/WSIS/SIS-E/AAST global clinical pathways for patients with skin and soft tissue infections. World J Emerg Surg. 2022;17(1):3. doi: 10.1186/s13017-022-00406-2.
18. Nowak M, Mehrholz D, Barańska-Rybak W, Nowicki RJ. Wound debridement products and techniques: Clinical examples and literature review. Postepy Dermatol Alergol. 2022;39(3):479-490. doi: 10.5114/ada.2022.117572.
19. Norman G, Goh EL, Dumville JC, Shi C, Liu Z, et al. Ne–gative pressure wound therapy for surgical wounds healing by primary closure. Cochrane Database Syst Rev. 2020;6(6):CD009261. doi: 10.1002/14651858.CD009261.pub6. Update in: Cochrane Database Syst Rev. 2022;4:CD009261. doi: 10.1002/14651858.CD009261.pub7.