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Research Article
Ewerton Garcia de Oliveira Mima1, Ana Cláudia Pavarina1, Cláudia Carolina Jordão1, Sâmmea Martins Vieira2, Lívia Nordi Dovigo2
1Department of Dental Materials and Prosthodontics, School of Dentistry, Araraquara,São Paulo State University (UNESP), 2Department of Social Dentistry, School of Dentistry, Araraquara,São Paulo State University (UNESP)
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Este protocolo describe la aplicación de la terapia fotodinámica antimicrobiana (aPDT) en un modelo murino de candidiasis oral. La aPDT se realizó utilizando una mezcla soluble en agua de curcuminoides y luz LED azul.
La terapia fotodinámica antimicrobiana (aPDT) se ha investigado ampliamente in vitro, y los modelos animales preclínicos de infecciones son adecuados para evaluar tratamientos alternativos antes de los ensayos clínicos. Este estudio describe la eficacia de la aPDT en un modelo murino de candidiasis oral. Cuarenta ratones fueron inmunosuprimidos con inyecciones subcutáneas de prednisolona, y sus lenguas fueron inoculadas utilizando un hisopo oral previamente empapado en una suspensión celular de C. albicans . La tetraciclina se administró a través del agua potable durante el transcurso del experimento. Cinco días después de la inoculación fúngica, los ratones se distribuyeron aleatoriamente en ocho grupos; Un noveno grupo de ratones no infectados no tratados se incluyó como control negativo (n = 5). Se probaron tres concentraciones (20 μM, 40 μM y 80 μM) de una mezcla de curcuminoides con una luz LED azul (89,2 mW/cm2; ~455 nm) y sin luz (grupos C+L+ y C+L-, respectivamente). Se evaluaron como controles la luz sola (C-L+), ningún tratamiento (C-L-) y los animales sin infección. Los datos se analizaron mediante ANOVA de Welch y pruebas de Games-Howell (α = 0,05). La candidiasis oral se estableció en todos los animales infectados y se visualizó macroscópicamente a través de la presencia de manchas blancas características o pseudomembranas en el dorso de las lenguas. Los cortes histopatológicos confirmaron una gran presencia de levaduras y filamentos limitados a la capa queratinizada del epitelio en el grupo C-L-, y la presencia de células fúngicas disminuyó visualmente en las imágenes obtenidas de ratones sometidos a aPDT con curcuminoides de 40 μM u 80 μM. La aPDT mediada por 80 μM de curcuminoides promovió una reducción de 2,47 log10 en el recuento de colonias en comparación con las del grupo C-L- (p = 0,008). Todos los demás grupos no mostraron una reducción estadísticamente significativa en el número de colonias, incluidos los grupos fotosensibilizadores (C+L-) o los grupos de luz sola (C-L+). La aPDT mediada por curcuminoides redujo la carga fúngica de las lenguas de los ratones.
La candidiasis oral (OC) es la principal infección fúngica de la cavidad oral; es causada por el crecimiento excesivo de Candida spp. Los factores predisponentes para el CO incluyen la disfunción endocrina, el uso de antibióticos de amplio espectro, la radioquimioterapia y la quimioterapia, las deficiencias nutricionales, la xerostomía (bajo flujo salival), el uso de dentaduras postizas, la mala higiene y, especialmente, la inmunosupresión1. Entre las especies de Candida, Candida albicans es la más prevalente y virulenta; Se encuentra como especie comensal en el cuerpo humano y como patógeno oportunista. C. albicans tiene la capacidad de cambiar su morfología de levaduras comensales (blastóforos) a filamentos patógenos (hifas y pseudohifas)2. Las formas filamentosas, especialmente las hifas, pueden invadir el epitelio del huésped por endocitosis o penetración activa, causando infección3. Otros factores de virulencia de C. albicans incluyen la adhesión, la formación de biopelículas y la secreción de enzimas y toxinas lipolíticas e hidrolíticas, como lipasas, fosfolipasas, proteinasas y candidalisina4.
Los tratamientos antifúngicos implican el uso de agentes antifúngicos, especialmente polienos y azoles tópicos (nistatina y miconazol)5. Sin embargo, solo muestran eficacia a corto plazo y la recurrencia es frecuente. Además, el uso excesivo de antifúngicos ha dado lugar al problema del desarrollo y la propagación de la resistencia a los antifúngicos6. Por lo tanto, se necesitan terapias alternativas, como la terapia fotodinámica antimicrobiana (aPDT), que combina un fotosensibilizador (PS) y luz a una longitud de onda adecuada (la misma que la de la absorción de PS) en presencia de oxígeno. Las PS se unen a las células o son absorbidas por ellas y, cuando son activadas por la luz, producen especies reactivas de oxígeno (ROS) que son tóxicas para las células sensibilizadas7.
En la aPDT, uno de los fotosensibilizadores (PS) empleados es la curcumina (CUR), un compuesto natural extraído de los rizomas de la planta de cúrcuma (Curcuma longa L.). La curcumina posee numerosos atributos terapéuticos, incluyendo capacidades antiinflamatorias, antioxidantes, anticancerígenas y antimicrobianas 8,9. Una investigación previa encontró que la aPDT que utiliza CUR disminuyó efectivamente C. albicans en un modelo murino de candidiasis oral sin causar ningún daño a los tejidos del huésped10. El CUR es el principal curcuminoide extraído de la cúrcuma, pero otros polifenoles, como la demetoxicurcumina y la bis-demetoxicurcumina, también se encuentran en esta planta. La aPDT mediada por curcuminoides demostró actividad antibacteriana contra biopelículas de Staphylococcus aureus cultivadas en catéteres11. Sin embargo, hasta donde sabemos, su actividad antifúngica contra C. albicans sigue sin estar clara. Por lo tanto, en este estudio, evaluamos la aPDT mediada por una sal curcuminoide contra C. albicans en un modelo murino de CO.
El protocolo de investigación para el uso de ratones fue aprobado por el Comité de Ética para el Uso de Animales (casos números 05/2008 y 09/2020) de la Facultad de Odontología de Araraquara, UNESP. Se utilizó C. albicans (ATCC 90028) como cepa de referencia. Para el presente estudio se utilizaron ratones suizos hembra de seis semanas de edad (n = 45), con un rango de masa corporal de 20-30 g. Los animales fueron proporcionados por la Universidad Estadual Paulista, UNESP, Botucatu.
1. Preparación de PS y selección de la fuente de luz para aPDT
2. Preparación del inóculo de C. albicans
3. Inducción de CO en ratones
NOTA: La siguiente metodología fue descrita previamente por Takakura et al.13 y reproducida por nuestro grupo10,14, con algunas modificaciones.
4. Terapia fotodinámica antimicrobiana y recuperación de C. albicans de lesiones orales
5. Análisis histopatológicos
El modelo murino de OC mostró manchas blancas típicas y pseudomembranas en la lengua de todos los ratones infectados (Figura 4A). C. albicans recuperada de animales C-L- confirmó la colonización tisular por este microorganismo (los valores variaron de 1,62 x 104 a 4,80 x 105 UFC/mL). Como era de esperar, los animales del grupo NCtr no mostraron ninguna alteración tisular ni crecimiento de colonias después del muestreo (Figura 4B).
La aPDT disminuyó la viabilidad de C. albicans cuando se utilizaron curcuminoides a 80 μM para la fotosensibilización (Figura 5). La reducción media logarítmicade 10 alcanzada con 80 μM de aPDT mediada por PS fue de 2,47, en comparación con la del grupo C-L- (p = 0,008).
El número de colonias de C. albicans recuperadas de las lenguas de los ratones no fue significativamente diferente entre los ratones tratados con curcuminoides sin iluminación (grupos C+L-), los ratones tratados con luz pero no fotosensibilizados previamente (grupos C-L+) y los ratones no tratados (grupo C-L-) (p ≥ 0,210).
Las características histológicas de las lenguas de los animales no infectados (NCtr) mostraron tejidos normales/sanos, incluyendo lámina propia, membrana basal y papilas filiformes intactas (Figura 6A). Por el contrario, al examinar las imágenes histopatológicas de las lenguas de los ratones del grupo C-L-, se evidenció que la levadura y los filamentos estaban presentes dentro de la capa queratinizada del epitelio, aunque no hubo infiltración de hongos. En el tejido conectivo subyacente se observó una respuesta inflamatoria leve, mediada principalmente por células mononucleares, y las papilas filiformes brillaron por su ausencia (Figura 6B). El análisis histológico de las lenguas de los ratones en los grupos C+L- y C-L+ mostró características similares. Por el contrario, las secciones de la lengua de los ratones tratados con 80 μM de aPDT mediada por curcuminoides revelaron un número reducido de células fúngicas, limitadas principalmente a la capa queratinizada del epitelio (Figura 6C).

Figura 1: Estructura química del fotosensibilizador. La estructura química de la mezcla de sales solubles en agua utilizada como fotosensibilizador, que comprende un 53,4% de curcumina natural y un 46,6% de otros curcuminoides (demetoxicurcumina y bis-demetoxicurcumina). El peso molecular medio final es de 730,32 g/mol. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Cronograma del protocolo para el modelo murino de candidiasis oral y TFDa. Un cronograma que describe el protocolo para el modelo murino de candidiasis oral y terapia fotodinámica antimicrobiana (aPDT). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Iluminación de lenguas de ratones después de la fotosensibilización. Después de la fotosensibilización (incubación del tejido infectado con el fotosensibilizador), las lenguas se iluminaron a 37,5 J/cm2 utilizando una luz LED azul (~455 nm). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Lesiones blancas en el modelo murino de candidiasis oral. (A) Imágenes representativas de las lesiones blancas observadas en el modelo murino de candidiasis oral. (B) Control negativo (no infectado). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Candida albicans recuperada de las lenguas de ratones. Los datos representan los valores medios ± la desviación estándar de log10 (UFC/ml) de los grupos de tratamiento. El ANOVA de una vía de Welch indicó que los efectos de los tratamientos fueron estadísticamente significativos diferentes entre los grupos (p < 0,001). Diferentes letras minúsculas (a, b, c) junto a las medias indican diferencias estadísticamente significativas según la prueba de Games-Howell (p≤ 0,030). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 6: Imágenes representativas de cortes histológicos de lenguas de ratón. Las secciones histológicas de las lenguas de ratón se tiñeron con PAS-H y las imágenes se capturaron a 200x. (A) Ratones de control negativo sin candidiasis oral inducida, fotosensibilización e iluminación (grupo NCtr). (B) Ratones con candidiasis oral inducida, ni fotosensibilizados ni expuestos a iluminación LED (grupo C-L-). (C) Animales con candidiasis oral inducida, expuestos a 80 μM de curcuminoides y 37,5 J/cm2 de iluminación LED (grupo C+L+80). Barras de escala = 100 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Ficha complementaria 1: Grupos experimentales. Listado de los grupos experimentales utilizados en el presente estudio. Haga clic aquí para descargar este archivo.
C. albicans has been associated with oral and esophageal infections in individuals with an immunocompromised state, diabetes mellitus, prolonged use of antibiotics, and poor oral hygiene1,3. The study of human infectious diseases requires both in vitro and in vivo investigations before clinical trials can be safely and accurately designed. The present study describes a method for establishing a murine model of OC, which can be used to evaluate the pathogenesis of oral infections by C. albicans and the efficacy of antifungal approaches15,16,17,18,19.
The murine model of OC employed here was successfully established, as evidenced by the substantial fungal load recovery from lesions as well as by the characteristic infection features observed in the macroscopic and histopathological analyses of the tongues of infected mice. Many studies have used similar murine models of OC. In such models, female mice are immunosuppressed and inoculated with C. albicans, resulting in lesions on the tongue10,13,14,15,20,21. Immunosuppression with prednisolone, a glucocorticoid, inhibits the activity of neutrophils against C. albicans22. In this study, female mice were immunosuppressed with two subcutaneous injections of prednisolone, one day prior to and three days after infection with C. albicans13. In addition, the administration of tetracycline in drinking water during the course of the experiment caused oral dysbiosis by disturbing oral bacteria and helping C. albicans to thrive23,24. Furthermore, the sedation caused by the intramuscular injection of chlorpromazine chloride prevented the animals from drinking water and eating immediately after inoculation. Thus, fungal cells stayed in contact with the dorsum of the tongue for a longer time, enabling the development of germ tubes and the transition from yeasts to filaments (hyphae and pseudohyphae), which are the pathogenic morphologies of C. albicans that can invade the human epithelium. Teichert et al.25 used an immunodeficiency protocol to induce OC in mice and recovered only 2 x 102 CFU/mL of C. albicans.
While Totti et al.26 utilized sialoadenectomized mice and conducted four separate inoculations with a C. albicans suspension, it's noteworthy that, in their case, the infection was not sustained in most animals over the course of the experiment. In contrast, in the present study, the inoculation with fungal cells was carried out only once, and it resulted in the recovery of 104 CFU/mL of C. albicans from the oral cavity. This study employed the murine model of candidiasis described by Takakura et al.13, who performed oral inoculation with a clinical strain isolated from a patient with cutaneous candidiasis (106 CFU/mL). Three to seven days post-inoculation, 105-106 CFU/mL of C. albicans were recovered from the oral cavity of mice13. The differences between the method of Takakura et al.13 and this study include the use of different fungal concentrations in the inoculum (this study used 107 CFU/mL of C. albicans) and different C. albicans strains for oral inoculation (the reference strain ATCC 90028 was used here). Carmello et al.20 employed a similar protocol, which involved using immunosuppressed animals. However, they administered two additional subcutaneous injections of prednisolone to the animals on days 1, 5, 9, and 13 of the experiment. Their study revealed a positive correlation between the scores assigned to the oral lesions of the infected animals and the number of CFU/mL over a period ranging from 5 to 16 days post-infection. It has been well-established in previous research that it is crucial to closely monitor animals under anesthesia to prevent hypothermia. Additional maintenance doses of ketamine should be administered with discretion, only when necessary27.
Regarding the efficacy of aPDT application, the results showed that the irradiation of tongues previously treated with an 80 µM curcuminoid salt mixture caused a significant reduction (2.47 log10) in the viability of C. albicans. Histological analyses revealed that sections from tongues treated with 80 µM curcuminoid-mediated aPDT showed a reduced number of fungal cells, which were limited to the keratinized layer, and a low inflammatory response. It is worth emphasizing that an inflammatory response was detected in all mice that were infected with C. albicans. This observation implies that the inflammation observed in all the aPDT groups might be linked to Candida infection rather than being attributed to aPDT, a consistent finding in line with our prior investigations10,13,14,15.
Previous investigations used CUR, methylene blue, and photodithazine (PDZ) as PSs and obtained promising results10,20,24,25,27. In a similar study10, a combined exposure to CUR and LED light caused a significant reduction in the viability of C. albicans; however, the use of 80 µM CUR and light reduced fungal viability by 4.0 log10. Dovigo et al.10 used only CUR as PS, whereas we used a salt containing the three main curcuminoids from C. longa. When CUR (260 µM) and LED light were used for five consecutive days in the treatment of oral candidiasis in mice, the authors observed a reduction of 1.11 log10 in fungal viability21. When methylene blue was used as PS at 450 µg/mL and 500 µg/mL, aPDT totally eradicated C. albicans from the oral cavity of mice25. Moreover, when aPDT was mediated by PDZ (100 mg/L), a 3.0 log10 reduction and complete remission of oral lesions were observed20. In addition, aPDT increased TNF-α expression in comparison with that in the untreated group20. In a study where a fluconazole-resistant strain was used, aPDT mediated by PDZ (200 mg/L) promoted a reduction equivalent to 1.3 log1027. Moreover, the combination of aPDT with nystatin resulted in a substantial reduction in fungal viability, amounting to a decrease of 2.6 log10, along with notable improvements in oral lesions and a reduction in the inflammatory response27. Collectively, these studies provide compelling evidence for the effectiveness of aPDT in reducing fungal burden within the murine model of oral candidiasis, underscoring its potential as a clinical treatment option due to its antimicrobial efficacy without causing harm to host tissues.
In conclusion, the murine model of OC used in this study is appropriate for mimicking infection and evaluating aPDT efficacy. As a limitation, the OC model used here employed only one reference strain of C. albicans (other strains, clinical isolates, and non-albicans Candida species were not evaluated). In addition, the corticosteroid-induced immunosuppression used in mice to develop oral infection may not mimic other immunodeficiency states, such as that due to HIV infection. There may also be differences in the host conditions for developing OC, such as the oral microbiota of mice and humans. This protocol should be expanded further to evaluate mixed biofilms formed by more than one species or by different strains from the same species. Furthermore, keeping mice adequately sedated and preventing hypothermia while avoiding anesthesia-related mortality are the most difficult steps of the protocol.
Los autores agradecen el apoyo financiero de la FAPESP (Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo, número de proceso FAPESP #2013/07276-1 (CePID CePOF) y 2008/00601-6. También agradecemos a la Dra. Ana Paula Silva por brindar la información sobre la sal soluble en agua a base de CUR.
| C. albicans | ATCC (Rockville, Md, EE. UU.) | 90028 | Utilizado para preparar la centrífuga de inóculo de Candida |
| Eppendorf Centrífuga 5804/5804R,B. Braun, Melsungen, Hesse, Alemania | 022628146 (NA) | Se utiliza para preparar el inóculo de Candida | |
| Cloruro de clorpromazina 2 mg/mL | Farmacia de compuestos, Araraquara, SP, Brasil | - | Se utiliza para sedar a los animales durante la inoculación de cándida |
| Sal soluble en agua a base de curcumina | PDTPharma, Cravinhos, Brasil | - | Compuesto por un 53,4% de curcumina natural y un 46,6% de otros curcuminoides (demetoxicurcumina y bis-demetoxicurcumina). Preparado en agua y N-MetilD-Glucamina (peso molecular promedio final de 730.32 g.mol&menos; 1) |
| Contador de colonias digital | CP 600 Plus, Phoenix Ind Com Equipamentos Cientí ficos Ltda, Araraquara, SP, Brasil | - | Se utiliza para contar colonias en placas de agar |
| Comida de ratón extruida | Benelab food, Industry Qualy Animal Nutrition and Commerce Ltda., Lindó ia, Sã o Estado de Paulo, Brasil. | - | Utilizado para la alimentación de los ratones |
| Clorhidrato de ketamina 10% | Ketamina Agener, Uniã o Quí mica Farmacê utica Nacional S/A, Embu-Guaç u, SP, Brasil | - | Se utiliza para anestesiar animales antes de los tratamientos y para la eutanasia |
| Pieza de mano de diodo emisor de luz (prototipo) | Instituto de Fí sica de Sã o Carlos, Universidad de Sã o Paulo, Sã o Carlos, SP, Brasil | - | Fabricado con LXHL-PR09, emisor Luxeon III, Lumileds Lighting, San José, California, EE. UU. |
| Acetato de metilprednisolona 40 mg | DEPO-MEDROL, Pfizer, Nueva York | - | Se utiliza como inmunosupresor |
| Microtomo | Leica Microsystems, Bannockburn, IL, EE.UU | .SM2500 | Se utiliza para cortar las secciones en serie de las lengüetas |
| Cajas de propileno (jaulas, carcasas) H13 x L20 x D30 cm | Bonther Equipaments, Ribeirã o Preto, SP, Brasil | - | Se utiliza para mantener a los animales durante todo el período experimental |
| Sabouraud Agar Dextrosa con Cloranfenicol | HiMedia, Mumbai, India | MM1067-500G Medio de | cultivo para el crecimiento de levaduras (agar) |
| Espectrofotómetro | Espectrofotómetro Kasvi K37-VIS , Sã o José dos Pinhais, PR, Brasil | K37-VIS | Se utiliza para estandarizar la concentración de inóculo |
| Clorhidrato de tetraciclina | Farmacia de compuestos, Araraquara, SP, Brasil | - | Antibiótico administrado para inducir la disbiosis oral |
| Virutas de madera | J.R. Virutas de madera, Comercio de Aserrín Ltda., Conchal, Sã o Estado de Paulo, Brasil | - | Utilizado para el revestimiento de pisos dentro de las cajas de vivienda |
| Xilacina 2% | Calmiun, Uniã o Quí mica Farmacê utica Nacional S/A, Embu-Guaç u, SP, Brasil | - | Se utiliza en combinación con ketamina para la anestesia |
| Caldo de nitrógeno de levadura | Difco, InterLab, Detroit, MI, EE. UU | . DF0919-07-3 | Medio de cultivo para el crecimiento de levaduras (caldo) |
| Caldo de Levadura Peptona Dextrosa | NutriSelect Basic, Sigma Aldrich | Y1375 | Medio de cultivo para mantener las cepas a -80° C y crecer |