Dit protocol beschrijft de toepassing van antimicrobiële fotodynamische therapie (aPDT) in een muizenmodel van orale candidiasis. aPDT werd uitgevoerd met behulp van een in water oplosbaar mengsel van curcuminoïden en blauw LED-licht.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft de toepassing van antimicrobiële fotodynamische therapie (aPDT) in een muizenmodel van orale candidiasis. aPDT werd uitgevoerd met behulp van een in water oplosbaar mengsel van curcuminoïden en blauw LED-licht.
Antimicrobiële fotodynamische therapie (aPDT) is uitgebreid in vitro onderzocht en preklinische diermodellen van infecties zijn geschikt voor het evalueren van alternatieve behandelingen voorafgaand aan klinische onderzoeken. Deze studie beschrijft de werkzaamheid van aPDT in een muizenmodel van orale candidiasis. Veertig muizen werden immuunonderdrukt met subcutane injecties van prednisolon en hun tongen werden geïnoculeerd met behulp van een oraal wattenstaafje dat eerder was gedrenkt in een C. albicans-celsuspensie . Tetracycline werd in de loop van het experiment via drinkwater toegediend. Vijf dagen na schimmelinenting werden muizen willekeurig verdeeld in acht groepen; Een negende groep onbehandelde niet-geïnfecteerde muizen werd opgenomen als negatieve controle (n = 5). Drie concentraties (20 μM, 40 μM en 80 μM) van een mengsel van curcuminoïden werden getest met een blauw LED-licht (89,2 mW/cm2; ~455 nm) en zonder licht (respectievelijk C+L+ en C+L-groepen). Alleen licht (C-L+), geen behandeling (C-L-) en dieren zonder infectie werden als controles beoordeeld. Gegevens werden geanalyseerd met behulp van Welch's ANOVA- en Games-Howell-tests (α = 0,05). Orale candidiasis werd vastgesteld bij alle geïnfecteerde dieren en macroscopisch gevisualiseerd door de aanwezigheid van karakteristieke witte vlekken of pseudomembranen op het dorsum van de tongen. Histopathologische secties bevestigden een grote aanwezigheid van gist en filamenten beperkt tot de verhoornde laag van het epitheel in de C-L-groep, en de aanwezigheid van schimmelcellen was visueel verminderd in de beelden verkregen van muizen die werden onderworpen aan aPDT met curcuminoïden van 40 μM of 80 μM. aPDT gemedieerd door 80 μM curcuminoïden bevorderde een vermindering van 2,47 log10 in het aantal kolonies in vergelijking met die in de C-L-groep (p = 0,008). Alle andere groepen vertoonden geen statistisch significante vermindering van het aantal kolonies, inclusief fotosensibiliserende (C+L-) of alleen licht (C-L+) groepen. Curcuminoïde-gemedieerde aPDT verminderde de schimmelbelasting van de tongen van muizen.
Orale candidiasis (OC) is de belangrijkste schimmelinfectie van de mondholte; het wordt veroorzaakt door de overgroei van Candida spp. Predisponerende factoren voor OC zijn onder meer endocriene disfunctie, het gebruik van breedspectrumantibiotica, radio- en chemotherapie, voedingstekorten, xerostomie (lage speekselvloed), gebruik van kunstgebitten, slechte hygiëne en vooral immunosuppressie1. Van de Candida-soorten is Candida albicans de meest voorkomende en virulente; Het wordt aangetroffen als een commensale soort in het menselijk lichaam en als een opportunistische ziekteverwekker. C. albicans heeft het vermogen om zijn morfologie te veranderen van commensale gisten (blastopores) naar pathogene filamenten (hyfen en pseudohyfen)2. De filamenteuze vormen, vooral de hyfen, kunnen het epitheel van de gastheer binnendringen door endocytose of actieve penetratie, waardoor infectie ontstaat3. Andere virulentiefactoren van C. albicans zijn adhesie, biofilmvorming en secretie van lipolytische en hydrolytische enzymen en toxines, zoals lipasen, fosfolipasen, proteïnasen en candidalysine4.
OC-behandelingen omvatten het gebruik van antischimmelmiddelen, met name lokale polyenen en azolen (nystatine en miconazol)5. Ze vertonen echter alleen werkzaamheid op korte termijn en recidiveren komen vaak voor. Bovendien heeft het overmatig gebruik van antischimmelmiddelen geleid tot het probleem van de ontwikkeling en verspreiding van antischimmelresistentie6. Daarom zijn alternatieve therapieën nodig, zoals antimicrobiële fotodynamische therapie (aPDT), die een fotosensibilisator (PS) en licht combineert op een geschikte golflengte (dezelfde als die van de PS-absorptie) in aanwezigheid van zuurstof. PS's worden gebonden aan of opgenomen door cellen en produceren, wanneer ze door licht worden geactiveerd, reactieve zuurstofsoorten (ROS) die giftig zijn voor gesensibiliseerde cellen7.
Bij aPDT is een van de gebruikte fotosensibilisatoren (PS's) curcumine (CUR), een natuurlijk voorkomende verbinding die wordt gewonnen uit de wortelstokken van de kurkumaplant (Curcuma longa L.). Curcumine bezit tal van therapeutische eigenschappen, waaronder ontstekingsremmende, antioxiderende, kankerbestrijdende en antimicrobiële eigenschappen 8,9. Uit een eerder onderzoek bleek dat aPDT met behulp van CUR C. albicans effectief verminderde in een muizenmodel van orale candidiasis zonder schade toe te brengen aan de weefsels van de gastheer10. CUR is de belangrijkste curcuminoïde die wordt gewonnen uit kurkuma, maar andere polyfenolen, zoals demethoxycurcumine en bis-demethoxycurcumine, worden ook in deze plant aangetroffen. Curcuminoïde-gemedieerde aPDT toonde antibacteriële activiteit aan tegen biofilms van Staphylococcus aureus gekweekt in katheters11. Voor zover wij weten, blijft de schimmelwerende werking tegen C. albicans echter onduidelijk. Daarom evalueerden we in deze studie aPDT gemedieerd door een curcuminoïde zout tegen C. albicans in een muizenmodel van OC.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het onderzoeksprotocol voor het gebruik van muizen is goedgekeurd door de Ethische Commissie voor Dierlijk Gebruik (zaaknummers 05/2008 en 09/2020) van de School of Dentistry, Araraquara, UNESP. C. albicans (ATCC 90028) werd gebruikt als referentiestam. Zes weken oude vrouwelijke Zwitserse muizen (n = 45), met een lichaamsgewichtbereik van 20-30 g, werden gebruikt voor de huidige studie. De dieren werden geleverd door de São Paulo State University, UNESP, Botucatu.
1. Voorbereiding van PS en selectie van de lichtbron voor aPDT
2. Bereiding van het inoculum van C. albicans
3. Inductie van OC bij muizen
OPMERKING: De volgende methodologie is eerder beschreven door Takakura et al.13 en gereproduceerd door onze groep10,14, met enkele wijzigingen.
4. Antimicrobiële fotodynamische therapie en herstel van C. albicans uit orale laesies
5. Histopathologische analyses
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het muizenmodel van OC vertoonde typische witte vlekken en pseudomembranen op de tong van alle geïnfecteerde muizen (Figuur 4A). C. albicans teruggevonden uit C-L-dieren bevestigde weefselkolonisatie door dit micro-organisme (waarden varieerden van 1,62 x 104 tot 4,80 x 105 kve/ml). Zoals verwacht vertoonden dieren uit de NCtr-groep na bemonstering geen weefselveranderingen of koloniegroei (figuur 4B).
a...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
C. albicans is in verband gebracht met orale en slokdarminfecties bij personen met een immuungecompromitteerde toestand, diabetes mellitus, langdurig gebruik van antibiotica en slechte mondhygiëne 1,3. De studie van menselijke infectieziekten vereist zowel in vitro als in vivo onderzoek voordat klinische proeven veilig en nauwkeurig kunnen worden opgezet. De huidige studie beschrijft een methode voor het opstellen van een muizenmodel va...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs danken de financiële steun van FAPESP (São Paulo Research Foundation, procesnummer FAPESP #2013/07276-1 (CePID CePOF) en 2008/00601-6. We danken ook Dr. Ana Paula Silva voor het verstrekken van de informatie over het op water oplosbare zout op basis van CUR.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| C. albicans | ATCC (Rockville, Md, USA) | 90028 | Gebaten om het Candida-inoculum voor te bereiden |
| Centrifuge | Eppendorf Centrifuge 5804/5804R,B. Braun, Melsungen, Hesse, Duitsland | 022628146 (NA) | Gebaten om het Candida-inoculum voor te bereiden |
| Chlorpromazine chloride 2 mg/mL | Compounding apotheek, Araraquara, SP, Brazil | - | Gebaten om dieren te sedereren tijdens de Candida-inoculatie |
| Curcumine-gebaseerde wateroplosbare zout | PDTPharma, Cravinhos, Brazil | - | Bestaande uit 53,4% natuurlijke curcumine en 46,6% andere curcuminoïden (demethoxycurcumine en bis-demethoxycurcumine). Bereid in water en N-MethylD-Glucamine (gemiddeld moleculair gewicht van 730,32 g.mol−1) |
| Digitaal kolonieteller | CP 600 Plus, Phoenix Ind Com Equipamentos Científicos Ltda, Araraquara, SP, Brazil | - | Gebaten om koloniën op agarplaten te tellen |
| Geëxtrudeerd muizenvoer | Benelab voedsel, Industry Qualy Animal Nutrition and Commerce Ltda., Lindóia, São Paulo staat, Brazil | - | Gebaten voor de voeding van de muizen |
| Ketamine Hydrochloride 10% | Ketamina Agener, União Química Farmacêutica Nacional S/A, Embu-Guaçu, SP, Brazil | - | Gebaten om dieren te anesthetiseren voor behandelingen en voor euthanasie |
| Lichtemitterende diode handgreep (prototype) | Instituto de Física de São Carlos, Universiteit van São Paulo, São Carlos, SP, Brazil | - | Vervaardigd met LXHL-PR09, Luxeon III Emitter, Lumileds Lighting, San Jose, Californië, VS |
| Methylprednisolon acetaat 40 mg | DEPO-MEDROL, Pfizer, New York | - | Gebaten als immunosuppressivum |
| Microtome | Leica Microsystems, Bannockburn, IL, USA | SM2500 | Gebaten om de seriële secties van de tongen te snijden |
| Propyleen dozen (kooienhuisvesting) H13 x L20 x D30 cm | Bonther Equipaments, Ribeirão Preto, SP, Brazil | - | Gebaten om de dieren gedurende de experimentele periode te houden |
| Sabouraud Dextrose Agar met Chlooramfenicol | HiMedia, Mumbai, India | MM1067-500G | Kweekmedium voor schimmelgroei (agar) |
| Spectrofotometer | Spectrofotometer Kasvi K37-VIS, São José dos Pinhais, PR, Brazil | K37-VIS | Gebaten om de inoculumconcentratie te standaardiseren |
| Tetracycline hydrochloride | Compounding apotheek, Araraquara, SP, Brazil | - | Antibioticum gegeven om orale dysbiose te induceren |
| Houtschaafsel | J.R. Wood Shavings, Comerce of Sawdust Ltda., Conchal, São Paulo staat, Brazil | - | Gebaten voor vloerbedekking binnen de huisvestingsboxen |
| Xylazin 2% | Calmiun, União Química Farmacêutica Nacional S/A, Embu-Guaçu, SP, Brazil | - | Gebaten in combinatie met ketamine voor anesthesie |
| Giststikstof Bouillon | Difco, InterLab, Detroit, MI, USA | DF0919-07-3 | Kweekmedium voor schimmelgroei (bouillon) |
| Gist Peptone Dextrose Bouillon | NutriSelect Basic, Sigma Aldrich | Y1375 | Kweekmedium voor het onderhouden van de stammen bij -80°C en groei |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.