Production of growth factors by fibroblasts in the conditions of the wound process and under the exposure of a bacterial biofilm matrix

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Aim – to analyze the production of growth factors by fibroblasts in the wound process and under the influence of the bacterial biofilm matrix.

Material and methods. We assessed the levels of such growth factors as: VEGF, TGF-1β, GM-CSF, FGF produced by granulation tissue fibroblasts of acute wound (AW) (group 1, n=9) and chronic wound (CW) (group 2, n=17). Skin fibroblasts (n=5) were used for reference. The primary cultures were obtained by the method of explants. The experimental biofilm matrix included S. aureus, E. faecalis, A. baumannii, P. aeruginosa, K. pneumoniae, P. mirabilis (5 of each species).

Results. The elevated levels of TGF-1β and VEGF, secreted by the primary cultures of fibroblasts, against of the absence of changes in the values of FGF and GM-CSF, are the criteria for the imbalance of growth factors characteristic of CW. The impact of the biofilm matrix P. aeruginosa, K. pneumoniae, A. baumannii, P. mirabilis on skin fibroblasts was accompanied by an increase in the production of VEGF and GM-CSF and a decrease in the synthesis of TGF-1β and FGF. In the experiments with S. aureus and E. faecalis, a similar direction of changes was recorded, but the degree of its severity was lower than for experiments with the gram-negative bacteria.

Conclusion. The obtained results have demonstrated various effects of the biofilm matrix on the production of growth factors by fibroblasts and updated the information on the pathogenesis of CW formation. The revealed imbalance in the synthesis of growth factors by fibroblasts in the granulation tissue of wounds with “borderline” lifetimes (22–28 days) determines the need for tactical approaches in the treatment of CW.

About the authors

Yuliya I. Yarets

Republican Research Center for Radiation Medicine and Human Ecology

Author for correspondence.
Email: artyut@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8879-5079
SPIN-code: 8038-5790

PhD, Associate Professor, Head of the Clinical Laboratory Medicine Department

Belarus, Gomel

References

  1. Trøstrup H, Boe Laulundd AS, Moser C. Insights into host–pathogen interactions in biofilm-Infected wounds reveal possibilities for new treatment strategies. Antibiotics. 2020;9(7):396. doi: 10.3390/antibiotics9070396
  2. Tchebotar IV, Mayanskiy AN, Mayanskiy NA. Matrix of Microbial Biofilms. Clinical Microbiology and Antimicrobial Chemotherapy. 2016;18(1):9-19. (In Russ.). [Чеботарь И.В., Маянский А.Н., Маянский Н.А. Матрикс микробных биопленок. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. 2016;18(1):9-19].
  3. Kirker KR, James GA, Fleckman P, et al. Stewart Differential effects of planktonic and biofilm MRSA on human fibroblasts. Wound Repair Regen. 2012;20:253-61. doi: 10.1111/j.1524-475X.2012.00769.x
  4. Yarets YuI, Shevchenko NI, Eremin VF. Methodology of microbiological analysis of wound swabs within the framework of modern concepts of wound infection process. Laboratory Service. 2021;10(3):33-42. (In Russ.). [Ярец Ю.И., Шевченко Н.И., Еремин В.Ф. Методология микробиологического посева раневого отделяемого в рамках современных представлений о диагностике инфекционного процесса. Лабораторная служба. 2021;10(3):33-42]. doi: 10.17116/labs20211003133
  5. Dinesh K, Karthick M. A study on ESKAPE pathogens the bad bug with no drug. Tropical Journal of Pathology & Microbiology. 2018;4(2):134-138. doi: 10.17511/jopm.2018.i02.02
  6. Yarets YuI, Loginova OP. A device for filtering solutions containing microorganism cells. Patent BY № 12554. Minsk, 2021. [Ярец Ю.И., Логинова О.П. Устройство для фильтрации растворов, содержащих клетки микроорганизмов. Патент BY на полезную модель № 12554. Минск, 2021]. Available at: https://www.ncip.by/upload/iblock/8d4/8d43869ddf105b68f022f4b20713f564.pdf
  7. Murray RZ, West ZE, McGuiness W The multifactorial formation of chronic wounds. Wound Practice and Research. 2018;26(1):38-46.
  8. Dos Santos LC, César PO, Henrique AP, et al. Molecular mediators involved in skin healing: a narrative review. F1000Research. 2022;11:465. doi: 10.12688/f1000research.111159.1
  9. Bao P, Kodra A, Tomic-Canic M, et al. The role of vascular endothelial growth factor in wound healing. J Surg Res. 2009;153:347-58. doi: 10.1016/j.jss.2008.04.023
  10. Tarnuzzer RW, Schultz GS. Biochemical analysis of acute and chronic wound environments. Wound Repair Regen. 1996;4:321-325. doi: 10.1046/j.1524-475X.1996.40307.x
  11. Lauer G, Sollberg S, Cole M, et al. Expression and proteolysis of vascular endothelial growth factor is increased in chronic wounds. J Invest Dermatol. 2000;115:12-18. doi: 10.1046/j.1523-1747.2000.00036.x
  12. Byrne AM, Bouchier-Hayes DJ, Harmey JH. Angiogenic and cell survival functions of Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF). J Cell Mol Med. 2005;9(4):777-794. doi: 10.1111/j.1582-4934.2005.tb00379.x
  13. Barrientos S, Stojadinovic O, Golinko MS, et al. Growth factors and cytokines in wound healing. Wound Repair Regen. 2008;16:585-601. doi: 10.1111/j.1524-475X.2008.00410.x
  14. Obolenskiy VN. Modern treatment methods of the chronic wounds. Russian Medical Journal. 2013;5:282-290. (In Russ.). [Оболенский В.Н. Хроническая рана: обзор современных методов лечения. Русский медицинский журнал. 2013;5:282-290]. doi: 10.21518/2079-701X-2016-10-148-154
  15. Yarets YuI, Slavnikov IA, Dundarov ZA. Colonized, critically colonized and infected wounds: differentiation using clinical and microbiological and morphological methods of investigation. Health and Ecology Issues. 2022;19(2):63-75. (In Russ.). [Ярец Ю.И., Славников И.А., Дундаров З.А. Колонизированные, критически колонизированные и инфицированные раны: дифференциация с использованием клинико-микробиологических и морфологических методов исследования. Проблемы здоровья и экологии. 2022;19(2):63-75]. doi: 10.51523/2708-6011.2022-19-2-08
  16. Yarets YuI. Significance of studying the cytotoxicity of bacterial biofilm for assessing the potential ability of the microbiota to prolong the inflammatory phase of the wound process. Laboratory Diagnostics. Eastern Europe. 2022;11(2):198-213. (In Russ.). [Ярец Ю.И. Значимость исследования цитотоксичности бактериальной биопленки для оценки потенциальной способности микробиоты пролонгировать воспалительную фазу раневого процесса. Лабораторная диагностика. Восточная Европа. 2022;11(2):198-213]. doi: 10.34883/PI.2022.11.2.017
  17. Bjarnsholt T, Kirketerp-Møller KK, Jensen PØ, et al. Why chronic wounds will not heal: A novel hypothesis. Wound Repair Regen. 2008;16:2-10. doi: 10.1111/j.1524-475X.2007.00283.x
  18. Trøstrup H, Lerche CJ, Christophersen LJ, et al. Pseudomonas aeruginosa biofilm hampers murine central wound healing by suppression of vascular endothelial growth factor. Int Wound J. 2018;15:123-132. doi: 10.1111/iwj.12846
  19. Secor PR, James GA, Fleckman P, et al. Staphylococcus aureus biofilm and planktonic cultures differentially impact gene expression, mapk phosphorylation, and cytokine production in human keratinocytes. BMC Microbiol. 2011;11:153-156. doi: 10.1186/1471-2180-11-143
  20. Resch A, Leicht S, Saric M, et al. Comparative proteome analysis of Staphylococcus aureus biofilm and planktonic cells and correlation with transcriptome profiling. Proteomics. 2006;6:1867-77. doi: 10.1002/pmic.200500531

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Figure 1. Device for filtering solutions containing microorganism cells.

Download (56KB)
Indexing metadata
3. Figure 2. The level of growth factors produced by fibroblasts of the skin and granulation tissue of wounds.

Download (398KB)
Indexing metadata
4. Figure 3. The level of production of growth factors by fibroblasts according to the results of the experiment with biofilm matrix components

Download (712KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2022 Yarets Y.I.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».