Riboflavine-5′-fosfaat (FMN) wordt gevormd door fosforylering op de riboflavine 5′-positie van de ribityl side-chain en is vereist door alle flavoproteïnen voor tal van cellulaire processen om energie te genereren. Het speelt ook de rol van vitamine voor sommige functies in het menselijk lichaam1. FMN is ongeveer 200 keer beter oplosbaar in water dan riboflavine2.
De antibacteriële fotodynamische inactivatie (aPDI) van bacteriën is een efficiënte manier om resistentie tegen bacteriën te beheersen 3,4 omdat het niet afhankelijk is van de modus van bacteriële resistentie. Klinisch wordt aPDI gebruikt om wekedeleninfecties te behandelen om de infectie van de nosocomiale huid als gevolg van multiresistente bacteriën te verminderen 5,6,7,8,9. aPDI produceert ook celdood door reactieve zuurstofsoorten (ROS) te genereren. ROS, zoals superoxideradicalen (
), singletzuurstof, hydroxylradicalen (•OH) en peroxylradicalen, zijn vrije radicalen of moleculen die reactieve zuurstofbevatten 10,11,12 en normaal gesproken reactief zijn13. Net als DNA-schade die wordt veroorzaakt door ROS, zijn membraanperoxidatie en vernietiging van endotheelcellen ook nadelige biochemische reacties die worden toegeschreven aan ROS in cellen12.
Het gebruik van aPDI voor pathogene bacteriën omvat een zichtbare of UV-lichtbron om micro-organismen te inactiveren in aanwezigheid van chemische verbindingen, zoals methylthioniniumchloride14, PEI-ce6-conjugaat 15, porfyrine16, titaandioxide17, toluidineblauw O18 en zinkoxide nanodeeltjes19. Toluidineblauw O en methyleenblauw zijn fenothiaziniumkleurstoffen en methyleenblauw heeft toxische eigenschappen. Zinkoxide nanodeeltjes en UV-bestraling zijn gekoppeld aan nadelige gezondheids- en milieueffecten. Als zodanig verdient de exploitatie van een betrouwbare, veilige en eenvoudige fotosensitizer via fotolyse onder zichtbare bestraling verder onderzoek.
De micronutriënt, riboflavine of FMN, is niet giftig en wordt inderdaad gebruikt voor de productie van voedsel of voeding20. Zowel FMN als riboflavine zijn zeer gevoelig voor lichtbestraling2. Onder UV 1,2,21,22,23 en blauw licht bestraling 10,24 bereiken deze twee verbindingen een aangeslagen toestand. De geactiveerde riboflavine of FMN die wordt geproduceerd door fotolyse wordt gepromoveerd tot zijn triplettoestand en ROS worden tegelijkertijdgegenereerd 2,25. Kumar et al. rapporteerden dat riboflavine geactiveerd door UV-licht selectief verhoogde schade veroorzaakt aan het guaninegedeelte van DNA in pathogene micro-organismen26. Onder bestraling door UV-licht wordt aangetoond dat fotodynamisch geactiveerd riboflavine de generatie van 8-OH-dG, een biomarker voor oxidatieve stress, in dubbelstrengs DNA27 bevordert. Er wordt gemeld dat S. aureus en E. coli worden gedeactiveerd door ROS tijdens riboflavine of FMN-fotolyse 10,24,28. Een eerdere studie van de auteurs toonde aan dat de fotolytische reacties met riboflavine en FMN kristalviolet, een triarylmethaankleurstof en een antibacterieel middel dat het grootste deel van het antimicrobiële vermogen van kristalviolet 28 genereert
enelimineert, verminderen. Wanneer flavine adenine dinucleotide of FMN wordt bestraald door blauw licht, produceren de resulterende ROS apoptose in HeLa-cellen voor hun vergiftiging in vitro29. Met behulp van fotochemische behandeling in aanwezigheid van riboflavine inactiveerden Cui et al. lymfocyten door hun proliferatie en cytokineproductie te remmen30.
De fotolyse van riboflavine wordt gebruikt voor de inactivatie van bloedpathogenen door UV10,24, maar bloedbestanddelen kunnen worden aangetast bij UV-lichtbestraling30. Er wordt ook gemeld dat bloedplaatjes blootgesteld aan UV geleidelijk de prestaties van de activeringsmarkers P-selectin en LIMP-CD63 op hun membranen verbeteren. De cytotoxiciteit van UV en hoge intensiteit bestraling moet worden onderzocht en een fotosensitizer die ongecompliceerd en veilig is tijdens een FMN-fotoreactie met zichtbaar licht zou van groot nut zijn.
Licht van kortere golflengten heeft meer energie en heeft veel meer kans om ernstige schade aan cellen te veroorzaken. In aanwezigheid van een geschikte fotosensitizer kan bestraling met violet licht met lage intensiteit pathogene micro-organismen remmen. De fotosensibilisatie en het genereren van
FMN bij bestraling met violet licht is dus belangrijk om te bestuderen, om de route te bepalen waarmee ROS van FMN-fotolyse de inactivatie van bacteriën verhoogt.
Antimicrobiële controle is een veel voorkomend probleem en de ontwikkeling van nieuwe antibiotica duurt vaak tientallen jaren. Na bestraling met violet licht kan foto-inactivatie die wordt bemiddeld door FMN milieupathogene bacteriën vernietigen. Deze studie presenteert een effectief antimicrobieel protocol in vitro met violet licht voor het aansturen van FMN-fotolyse en dus het
genereren van aPDI. De microbiële levensvatbaarheid van S. aureus wordt gebruikt om de haalbaarheid van FMN-geïnduceerde aPDI te bepalen.