RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
pl_PL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
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)
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Ten protokół opisuje zastosowanie przeciwbakteryjnej terapii fotodynamicznej (aPDT) w mysim modelu kandydozy jamy ustnej. aPDT wykonano przy użyciu rozpuszczalnej w wodzie mieszaniny kurkuminoidów i niebieskiego światła LED.
Przeciwbakteryjna terapia fotodynamiczna (aPDT) została gruntownie zbadana in vitro, a przedkliniczne modele zwierzęce infekcji są odpowiednie do oceny alternatywnych metod leczenia przed badaniami klinicznymi. Badanie to opisuje skuteczność aPDT w mysim modelu kandydozy jamy ustnej. Czterdzieści myszy poddano immunosupresji za pomocą podskórnych zastrzyków prednizolonu, a ich języki zaszczepiono za pomocą wacika z jamy ustnej uprzednio nasączonego zawiesiną komórek C. albicans. Tetracyklinę podawano w wodzie pitnej w trakcie trwania eksperymentu. Pięć dni po zaszczepieniu grzybów myszy zostały losowo podzielone na osiem grup; Dziewiąta grupa nieleczonych niezakażonych myszy została włączona jako kontrola ujemna (n = 5). Trzy stężenia (20 μM, 40 μM i 80 μM) mieszaniny kurkuminoidów badano za pomocą niebieskiego światła LED (89,2 mW/cm2; ~455 nm) i bez światła (odpowiednio grupy C+L+ i C+L-). Samo światło (C-L+), brak leczenia (C-L-) i zwierzęta bez infekcji oceniano jako kontrolę. Dane analizowano za pomocą testów ANOVA i Gamesa-Howella firmy Welch (α = 0,05). Kandydoza jamy ustnej została stwierdzona u wszystkich zakażonych zwierząt i uwidoczniona makroskopowo poprzez obecność charakterystycznych białych plam lub pseudobłon na grzbiecie języków. Wycinki histopatologiczne potwierdziły dużą obecność drożdży i włókien ograniczonych do zrogowaciałej warstwy nabłonka w grupie C-L-, a obecność komórek grzybów była wizualnie zmniejszona w obrazach uzyskanych od myszy poddanych aPDT z kurkuminoidami 40 μM lub 80 μM. aPDT, w którym pośredniczyły kurkuminoidy o długości 80 μM, sprzyjały zmniejszeniu liczby kolonii o 2,47 log10 w porównaniu z tymi w grupie C-L- (p = 0,008). Wszystkie pozostałe grupy nie wykazały statystycznie istotnego zmniejszenia liczby kolonii, w tym grupy z fotouczulaczem (C+L-) lub samym światłem (C-L+). APDT za pośrednictwem kurkuminoidów zmniejszył obciążenie grzybami z języków myszy.
Kandydoza jamy ustnej (OC) jest główną infekcją grzybiczą jamy ustnej; jest spowodowana przerostem Candida spp. Czynniki predysponujące do OC obejmują dysfunkcję endokrynologiczną, stosowanie antybiotyków o szerokim spektrum działania, radio- i chemioterapię, niedobory żywieniowe, kserostomię (niski przepływ śliny), używanie protez zębowych, złą higienę, a zwłaszcza immunosupresję1. Wśród gatunków Candida Candida albicans jest najbardziej rozpowszechniona i zjadliwa; Występuje jako gatunek komensalny w organizmie człowieka i jako patogen oportunistyczny. C. albicans ma zdolność zmiany morfologii z drożdży komensalnych (blastoporów) na patogenne włókna (strzępki i pseudostrzępki)2. Formy nitkowate, zwłaszcza strzępki, mogą atakować nabłonek gospodarza poprzez endocytozę lub aktywną penetrację, powodując infekcję3. Inne czynniki wirulencji C. albicans obejmują adhezję, tworzenie biofilmu oraz wydzielanie enzymów i toksyn lipolitycznych i hydrolitycznych, takich jak lipazy, fosfolipazy, proteinazy i kandydalizyna4.
Zabiegi OC polegają na stosowaniu środków przeciwgrzybiczych, zwłaszcza miejscowych polienów i azoli (nystatyny i mikonazolu)5. Wykazują one jednak tylko krótkotrwałą skuteczność, a nawroty są częste. Ponadto nadużywanie leków przeciwgrzybiczych spowodowało problem rozwoju i rozprzestrzeniania się oporności na leki przeciwgrzybicze6. Dlatego potrzebne są alternatywne terapie, takie jak przeciwdrobnoustrojowa terapia fotodynamiczna (aPDT), która łączy fotosensybilizator (PS) i światło o odpowiedniej długości fali (takiej samej, jak absorpcja PS) w obecności tlenu. PS są wiązane lub pobierane przez komórki, a po aktywacji przez światło wytwarzają reaktywne formy tlenu (ROS), które są toksyczne dla uczulonych komórek7.
W aPDT, jednym z zastosowanych fotosensybilizatorów (PS) jest kurkumina (CUR), naturalnie występujący związek pozyskiwany z kłączy kurkumy (Curcuma longa L.). Kurkumina posiada liczne właściwości terapeutyczne, w tym właściwości przeciwzapalne, przeciwutleniające, przeciwnowotworowe i przeciwbakteryjne8,9. Wcześniejsze badanie wykazało, że aPDT wykorzystujący CUR skutecznie zmniejszał C. albicans w mysim modelu kandydozy jamy ustnej, nie powodując żadnych szkód w tkankach gospodarza10. CUR jest głównym kurkuminoidem ekstrahowanym z kurkumy, ale w tej roślinie znajdują się również inne polifenole, takie jak demetoksykurkumina i bis-demetoksykurkumina. APDT za pośrednictwem kurkuminoidów wykazał działanie przeciwbakteryjne przeciwko biofilmom Staphylococcus aureus hodowanym w cewnikach11. Jednak, zgodnie z naszą najlepszą wiedzą, jego działanie przeciwgrzybicze wobec C. albicans pozostaje niejasne. Dlatego w tym badaniu oceniliśmy aPDT, w którym pośredniczy sól kurkuminoidowa przeciwko C. albicans w mysim modelu OC.
Protokół badawczy dotyczący wykorzystania myszy został zatwierdzony przez Komitet Etyki ds. Wykorzystania Zwierząt (numery spraw 05/2008 i 09/2020) w School of Dentistry, Araraquara, UNESP. Jako szczep referencyjny użyto C. albicans (ATCC 90028). Do niniejszego badania wykorzystano sześciotygodniowe samice myszy szwajcarskich (n = 45) o masie ciała w zakresie 20-30 g. Zwierzęta zostały dostarczone przez Uniwersytet Stanowy São Paulo, UNESP, Botucatu.
1. Przygotowanie PS i wybór źródła światła dla aPDT
2. Przygotowanie inokulum C. albicans
3. Indukcja OC u myszy
UWAGA: Poniższa metodologia została wcześniej opisana przez Takakura et al.13 i powielona przez naszą grupę10,14, z pewnymi modyfikacjami.
4. Przeciwbakteryjna terapia fotodynamiczna i odzyskiwanie C. albicans ze zmian w jamie ustnej
5. Analizy histopatologiczne
Mysi model OC pokazał typowe białe plamy i pseudobłony na języku wszystkich zainfekowanych myszy (Rysunek 4A). C. albicans odzyskany od zwierząt C-L- potwierdził kolonizację tkanek przez ten mikroorganizm (wartości wahały się od 1,62 x 104 do 4,80 x 105 CFU/ml). Zgodnie z oczekiwaniami, zwierzęta z grupy NCtr nie wykazywały żadnych zmian tkankowych ani wzrostu kolonii po pobraniu próbki (Rysunek 4B).
aPDT zmniejszyło żywotność C. albicans, gdy kurkuminoidy były używane w temperaturze 80 μM do fotouczulenia (Rysunek 5). Średnia redukcja log10 osiągnięta przy aPDT za pośrednictwem 80 μM PS wynosiła 2,47 w porównaniu z grupą C-L- (p = 0,008).
Liczba kolonii C. albicans odzyskanych z języków myszy nie różniła się znacząco między myszami leczonymi kurkuminoidami bez oświetlenia (grupy C+L-), myszami leczonymi światłem, ale wcześniej nie światłoczułymi (grupy C-L+) i myszami nieleczonymi (grupa C-L-) (p ≥ 0,210).
Cechy histologiczne języków niezakażonych zwierząt (NCtr) wykazały normalne/zdrowe tkanki, w tym nienaruszoną blaszkę właściwą, błonę podstawną i brodawki nitkowate (Rysunek 6A). Natomiast podczas badania obrazów histopatologicznych języków myszy z grupy C-L- było oczywiste, że drożdże i włókna były obecne w zrogowaciałej warstwie nabłonka, chociaż nie było nacieku grzybów. W leżącej poniżej tkance łącznej zaobserwowano łagodną reakcję zapalną, w której pośredniczą głównie komórki jednojądrzaste, a brodawki nitkowate były wyraźnie nieobecne (Figura 6B). Analiza histologiczna języków myszy zarówno w grupie C+L- jak i C-L+ wykazała podobne cechy. W przeciwieństwie do tego, odcinki języka myszy leczonych 80 μM kurkuminoidem aPDT ujawniły zmniejszoną liczbę komórek grzybów, głównie ograniczoną do zrogowaciałej warstwy nabłonka (Ryc. 6C).

Rysunek 1: Struktura chemiczna fotosensybilizatora. Struktura chemiczna mieszaniny soli rozpuszczalnych w wodzie stosowanych jako fotouczulacz, składającej się w 53,4% z naturalnej kurkuminy i 46,6% z innych kurkuminoidów (demetoksykurkuminy i bis-demetoksykurkuminy). Ostateczna średnia masa cząsteczkowa wynosi 730,32 g/mol. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Harmonogram protokołu dla mysiego modelu kandydozy jamy ustnej i aPDT. Oś czasu przedstawiająca protokół mysiego modelu kandydozy jamy ustnej i przeciwdrobnoustrojowej terapii fotodynamicznej (aPDT). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Oświetlenie języków myszy po fotouczuleniu.Po fotouczuleniu (inkubacji zakażonej tkanki za pomocą fotouczulacza), języki zostały oświetlone pod ciśnieniem 37,5 J/cm2 za pomocą niebieskiego (~455 nm) światła LED. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Białe zmiany w mysim modelu kandydozy jamy ustnej. (A) Reprezentatywne obrazy przedstawiające białe zmiany obserwowane w mysim modelu kandydozy jamy ustnej. (B) Kontrola ujemna (niezakażona). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5: Candida albicans odzyskała zdrowie z języków myszy. Dane reprezentują średnie wartości ± odchylenie standardowe logarytmu10 (jtk / ml) z grup leczonych. Jednoczynnikowa ANOVA Welcha wykazała, że efekty leczenia były statystycznie istotnie różne między grupami (p < 0,001). Różne małe litery (a, b, c) obok średnich wskazują na statystycznie istotne różnice według testu Gamesa-Howella (p≤ 0,030). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 6: Reprezentatywne obrazy histologicznych odcinków języków myszy. Histologiczne skrawki języków myszy wybarwiono PAS-H, a obrazy uchwycono 200x. (A) Myszy kontrolne ujemne bez indukowanej kandydozy jamy ustnej, fotouczulenia i oświetlenia (grupa NCtr). (B) Myszy z indukowaną kandydozą jamy ustnej, nieuczulone na światło ani nie wystawione na działanie oświetlenia LED (grupa C-L). (C) Zwierzęta z indukowaną kandydozą jamy ustnej, narażone na kurkuminoidy o sile 80 μM i oświetleniu LED 37,5 J/cm2 (grupa C+L+ 80). Podziałka = 100 μm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Plik uzupełniający 1: Grupy eksperymentalne. Wykaz grup eksperymentalnych wykorzystanych w niniejszym badaniu. Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.
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.
Autorzy dziękują za wsparcie finansowe od FAPESP (São Paulo Research Foundation, numer procesu FAPESP #2013/07276-1 (CePID CePOF) i 2008/00601-6. Dziękujemy również dr Anie Pauli Silvie za udzielenie informacji na temat soli rozpuszczalnej w wodzie na bazie CUR.
| C. albicans | ATCC (Rockville, Md, USA) | 90028 | Używany do przygotowania wirówki do inokulum Candida |
| Eppendorf Wirówka 5804/5804R,B. Braun, Melsungen, Hesja, Niemcy | 022628146 (NA) | Służy do przygotowania inokulum Candida | |
| Chlorek chlorpromazyny 2 mg / ml | Apteka mieszająca, Araraquara, SP, Brazylia | - | Służy do uspokajania zwierząt podczas inokulacji Candida |
| Rozpuszczalna w wodzie sól na bazie kurkuminy | PDTPharma, Cravinhos, Brazylia | - | Składa się w 53,4% z naturalnej kurkuminy i 46,6% z innych kurkuminoidów (demetoksykurkuminy i bis-demetoksykurkuminy). Przygotowany w wodzie i N-metyloD-glukaminie (końcowa średnia masa cząsteczkowa 730,32 g.mol− 1) |
| Cyfrowy licznik kolonii | CP 600 Plus, Phoenix Ind Com Equipamentos Cientí ficos Ltda, Araraquara, SP, Brazylia | - | Służy do liczenia kolonii na płytkach agarowych |
| Wytłaczana karma dla myszy | Benelab food, Industry Qualy Animal Nutrition and Commerce Ltda., Lindó ia, Sã o Stan Paulo, Brazylia. | - | Używany do karmienia myszy |
| Chlorowodorek ketaminy 10% | Ketamina Agener, Uniã o Quí mika Farmacê utica Nacional S/A, Embu-Guaç u, SP, Brazylia | - | Służy do znieczulania zwierząt przed zabiegami i do eutanazji |
| Rękojeść z diodą elektroluminescencyjną (prototyp) | Instituto de Fí sica de Sã o Carlos, Uniwersytet Sã o Paulo, Sã o Carlos, SP, Brazylia | - | Wykonane z LXHL-PR09, emiter Luxeon III, Lumileds Lighting, San Jose, Kalifornia, USA |
| Octan metyloprednizolonu 40 mg | DEPO-MEDROL, Pfizer, Nowy Jork | - | Stosowany jako lek immunosupresyjny |
| Mikrotom | Leica Microsystems, Bannockburn, IL, USA | SM2500 | Służy do cięcia seryjnych sekcji języków |
| Pudełka propylenowe (obudowy klatek) H13 x L20 x D30 cm | Bonther Equipments, Ribeirã o Preto, SP, Brazylia | - | Używany do trzymania zwierząt przez cały okres eksperymentalny |
| Sabouraud Agar dekstrozowy z chloramfenikolem | HiMedia, Bombaj, Indie | MM1067-500G | Pożywka hodowlana do wzrostu drożdży (agar) |
| Spektrofotometr | Spektrofotometr Kasvi K37-VIS , Sã o José dos Pinhais, PR, Brazylia | K37-VIS | Służy do standaryzacji stężenia inokulum |
| Chlorowodorek tetracykliny | Apteka mieszająca, Araraquara, SP, Brazylia | - | Antybiotyk podawany w celu wywołania dysbiozy jamy ustnej |
| Wióry drzewne | J.R. Wood Shaquis, Comerce of Sawdust Ltda., Conchal, Sã o Stan Paulo, Brazylia& | nbsp;- | Używany do wykładzin podłogowych wewnątrz skrzynek mieszkalnych |
| Ksylazyna 2% | Calmiun, Uniã o Quí mika Farmacê utica Nacional S/A, Embu-Guaç u, SP, Brazylia | - | Stosowany w połączeniu z ketaminą do znieczulenia |
| Rosół azotowy drożdżowy | Difco, InterLab, Detroit, MI, Stany Zjednoczone | DF0919-07-3 | Pożywka do wzrostu drożdży (bulion) |
| Bulion drożdżowo-peptonowy dekstrozowy | NutriSelect Basic, Sigma Aldrich | Y1375 | Pożywka hodowlana do utrzymania szczepów w temperaturze -80° C i rosną |