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
ru_RU
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Этот протокол описывает применение антимикробной фотодинамической терапии (ФДТ) на мышиной модели кандидоза полости рта. ФДТ проводили с использованием водорастворимой смеси куркуминоидов и синего светодиодного света.
Антимикробная фотодинамическая терапия (ФДТ) была широко исследована in vitro, а доклинические модели инфекций на животных подходят для оценки альтернативных методов лечения до клинических испытаний. В этом исследовании описывается эффективность аФДТ на мышиной модели кандидоза полости рта. Сорок мышей были иммуносупрессивно введены с помощью подкожных инъекций преднизолона, а их языки были инокулированы с помощью мазка из ротовой полости, предварительно смоченного в клеточной суспензии C. albicans . В ходе эксперимента тетрациклин вводили с питьевой водой. Через пять дней после инокуляции грибка мыши были случайным образом распределены на восемь групп; Девятая группа необработанных неинфицированных мышей была включена в качестве отрицательного контроля (n = 5). Три концентрации (20 мкМ, 40 мкМ и 80 мкМ) смеси куркуминоидов были протестированы с синим светодиодным светом (89,2 мВт/см2; ~455 нм) и без света (группы C+L+ и C+L- соответственно). В качестве контрольной группы оценивали только свет (C-L+), отсутствие лечения (C-L-) и животных без инфекции. Данные анализировали с помощью тестов Уэлча ANOVA и Геймса-Хауэлла (α = 0,05). Кандидоз полости рта был установлен у всех инфицированных животных и визуализировался макроскопически по наличию характерных белых пятен или псевдомембран на тыльной стороне языка. Гистопатологические срезы подтвердили большое присутствие дрожжей и филаментов, ограниченных ороговевшим слоем эпителия в группе C-L-, а присутствие грибковых клеток было визуально снижено на изображениях, полученных от мышей, подвергшихся ФДТ куркуминоидами 40 мкМ или 80 мкМ. ФДТ, опосредованная 80 мкМ куркуминоидами, способствовала снижению количества колоний на 2,47 log10 по сравнению с таковыми в группе C-L- (p = 0,008). Во всех остальных группах не было выявлено статистически значимого снижения количества колоний, включая группы фотосенсибилизаторов (C+L-) или только света (C-L+). Куркуминоид-опосредованная аФДТ снижала грибковую нагрузку от языков мышей.
Кандидоз полости рта (ОК) – основная грибковая инфекция ротовой полости; это вызвано чрезмерным ростом Candida spp. Предрасполагающие факторы к ОК включают эндокринную дисфункцию, применение антибиотиков широкого спектра действия, радио- и химиотерапию, дефицит питательных веществ, ксеростомию (низкий поток слюны), ношение зубных протезов, плохую гигиену и, особенно, иммуносупрессию1. Среди видов Candida Candida albicans является наиболее распространенным и вирулентным; Он обнаруживается в организме человека как комменсальный вид и как условно-патогенный микроорганизм. C. albicans обладает способностью изменять свою морфологию от комменсальных дрожжей (бластопоров) до патогенных филаментов (гиф и псевдогиф)2. Нитевидные формы, особенно гифы, могут проникать в эпителий хозяина путем эндоцитоза или активного проникновения, вызывая инфекцию3. Другие факторы вирулентности C. albicans включают адгезию, образование биопленки и секрецию липолитических и гидролитических ферментов и токсинов, таких как липазы, фосфолипазы, протеиназы и кандидализин4.
Лечение ОК включает использование противогрибковых средств, особенно топических полиенов и азолов (нистатин и миконазол)5. Тем не менее, они показывают только краткосрочную эффективность, и часто рецидивируют. Кроме того, чрезмерное использование противогрибковых препаратов породило проблему развития и распространения устойчивости к противогрибковымпрепаратам6. Поэтому необходимы альтернативные методы лечения, такие как антимикробная фотодинамическая терапия (ФДТ), которая сочетает в себе фотосенсибилизатор (ФС) и свет с соответствующей длиной волны (такой же, как и у поглощения ФС) в присутствии кислорода. ФС связываются с клетками или поглощаются ими и при активации светом продуцируют активные формы кислорода (АФК), которые токсичны для сенсибилизированных клеток7.
В ФДТ одним из фотосенсибилизаторов (ФС) является куркумин (CUR), природное соединение, извлеченное из корневищ растения куркумы (Curcuma longa L.). Куркумин обладает многочисленными терапевтическими свойствами, включая противовоспалительные, антиоксидантные, противораковые и противомикробные свойства 8,9. Предыдущее исследование показало, что ФДТ с использованием CUR эффективно уменьшает C. albicans в мышиной модели кандидоза полости рта, не причиняя никакого вреда тканям хозяина10. CUR является основным куркуминоидом, извлекаемым из куркумы, но в этом растении также содержатся другие полифенолы, такие как деметоксикуркумин и бис-деметоксикуркумин. Куркуминоид-опосредованная аФДТ продемонстрировала антибактериальную активность в отношении биопленок золотистого стафилококка, выращенных в катетерах11. Однако, насколько нам известно, его противогрибковая активность в отношении C. albicans остается неясной. Таким образом, в этом исследовании мы оценили аФДТ, опосредованную куркуминоидной солью, против C. albicans в мышиной модели ОК.
Протокол исследования по использованию мышей был одобрен Комитетом по этике использования животных (номера дел 05/2008 и 09/2020) в Школе стоматологии, Араракура, UNESP. В качестве референтного штамма использовали C. albicans (ATCC 90028). Для настоящего исследования были использованы шестинедельные самки швейцарских мышей (n = 45) с массой тела 20-30 г. Животные были предоставлены Государственным университетом Сан-Паулу, UNESP, Ботукату.
1. Подготовка ПС и выбор источника света для ФДТ
2. Приготовление инокулята C. albicans
3. Индукция ОК у мышей
ПРИМЕЧАНИЕ: Следующая методика была ранее описана Takakura et al.13 и воспроизведена нашей группой10,14 с некоторыми изменениями.
4. Антимикробная фотодинамическая терапия и восстановление C. albicans из поражений полости рта
5. Гистопатологические анализы
Мышиная модель ОК показала типичные белые пятна и псевдомембраны на языке всех инфицированных мышей (рис. 4А). У C. albicans, полученных от C-L- животных, подтверждена колонизация тканей этим микроорганизмом (значения варьировали от 1,62 x 104 до 4,80 x 10,5 КОЕ/мл). Как и ожидалось, у животных из группы NCtr не было выявлено каких-либо изменений в тканях или роста колоний после отбора проб (рис. 4B).
ФДТ снижала жизнеспособность C. albicans при использовании куркуминоидов при дозе 80 мкМ для фотосенсибилизации (рис. 5). Среднее логарифмическоеснижение 10 , достигнутое при использовании 80 мкМ PS-опосредованной ФДТ, составило 2,47 по сравнению с таковым в группе C-L- (p = 0,008).
Количество колоний C. albicans , извлеченных из языков мышей, существенно не отличалось у мышей, получавших куркуминоиды без освещения (группы C+L), мышей, получавших свет, но ранее не подвергавшихся фотосенсибилизации (группы C-L+), и мышей, не получавших лечения (группа C-L-), и мышей, не получавших лечения (группа C-L) (p ≥ 0,210).
Гистологические особенности языков неинфицированных животных (NCtr) показали нормальные/здоровые ткани, включая интактную собственную пластинку, базальную мембрану и нитевидные сосочки (рис. 6А). Напротив, при изучении гистопатологических изображений языков мышей из группы C-L- было очевидно, что дрожжи и нити присутствовали в ороговевшем слое эпителия, хотя инфильтрация грибов отсутствовала. В нижележащей соединительной ткани наблюдалась легкая воспалительная реакция, в основном опосредованная мононуклеарными клетками, при этом нитевидные сосочки заметно отсутствовали (рис. 6Б). Гистологический анализ языков мышей в группах C+L- и C-L+ показал сходные характеристики. Напротив, на срезах языка мышей, получавших 80 мкМ куркуминоид-опосредованную ФДТ, было выявлено сниженное количество грибковых клеток, в основном ограниченных ороговевшим слоем эпителия (рис. 6C).

Рисунок 1: Химическая структура фотосенсибилизатора. Химический состав водорастворимой солевой смеси, используемой в качестве фотосенсибилизатора, содержит 53,4% природного куркумина и 46,6% других куркуминоидов (деметоксикуркумин и бис-деметоксикуркумин). Окончательная средняя молекулярная масса составляет 730,32 г/моль. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: Хронология протокола для мышиной модели орального кандидоза и ФДТ. График с описанием протокола для мышиной модели перорального кандидоза и антимикробной фотодинамической терапии (ФДТ). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 3: Освещение языков мышей после фотосенсибилизации. После фотосенсибилизации (инкубации инфицированной ткани с фотосенсибилизатором) языки освещали при 37,5 Дж/см2 с помощью синего (~455 нм) светодиодного света. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Белые поражения в мышиной модели кандидоза полости рта. (A) Репрезентативные изображения, изображающие белые поражения, наблюдаемые в мышиной модели кандидоза полости рта. (Б) Отрицательный (неинфицированный) контроль. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 5: Candida albicans , извлеченный из языков мышей. Данные представляют собой средние значения ± стандартное отклонение log10 (КОЕ/мл) от групп лечения. Однофакторный ANOVA Уэлча показал, что эффекты лечения статистически значимо различались между группами (p < 0,001). Различные строчные буквы (a, b, c) рядом со средними значениями указывают на статистически значимые различия по критерию Геймса-Хауэлла (p≤ 0,030). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 6: Репрезентативные изображения гистологических срезов мышиных языков. Гистологические срезы мышиных языков были окрашены PAS-H, и изображения были получены в 200-кратном размере. (A) Мыши с отрицательным контролем без индуцированного кандидоза полости рта, фотосенсибилизации и освещения (группа NCtr). (B) Мыши с индуцированным кандидозом полости рта, не фотосенсибилизированные и не подвергшиеся воздействию светодиодного освещения (C-L-группа). (C) Животные с индуцированным кандидозом полости рта, подвергшиеся воздействию куркуминоидов 80 мкМ и светодиодному освещению 37,5 Дж/см2 (группа C+L+80). Масштабные линейки = 100 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Дополнительный файл 1: Экспериментальные группы. Список экспериментальных групп, использованных в настоящем исследовании. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.
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.
Авторы благодарят за финансовую поддержку FAPESP (Исследовательский фонд Сан-Паулу, номер процесса FAPESP #2013/07276-1 (CePID CePOF) и 2008/00601-6. Мы также благодарим доктора Ану Паулу Сильва за предоставленную информацию о водорастворимой соли на основе CUR.
| C. albicans | ATCC (Роквилл, штат Мэриленд, США) | 90028 | Используется для приготовления центрифугидля посева Candida |
| Eppendorf Центрифуга 5804/5804R,B. Braun, Мельзунген, Гессен, Германия | 022628146 (NA) | Используется для приготовления хлорпромазина хлоридаCandida inoculum | |
| 2 мг/мл | Compounding pharmacy, Araraquara, SP, Бразилия | - | Используется для успокоения животных во время инокуляции от кандидоза |
| Водорастворимая соль на основе куркумина | PDTPharma, Cravinhos, Бразилия | - | Состоит на 53,4% из натурального куркумина, и на 46,6% из других куркуминоидов (деметоксикуркумин и бис-деметоксикуркумин). Приготовлен в воде и N-метилD-глюкамине (конечная средняя молекулярная масса 730,32 г.моль&минус; 1) |
| Цифровой счетчик колоний | CP 600 Plus, Phoenix Ind Com Equipamentos Cient; ficos Ltda, Araraquara, SP, Бразилия | - | Используется для подсчета колоний на агаровых пластинах |
| Экструдированный мышиный корм | Benelab food, Industry Qualy Animal Nutrition and Commerce Ltda., Lindó ia, Sã o Штат Паулу, Бразилия. | - | Используется для кормления мышей |
| Кетамина гидрохлорид 10% | Ketamina Agener, Uniã o Quí слюда Farmacê utica Nacional S/A, Embu-Guaç u, SP, Бразилия | - | Используется для обезболивания животных перед процедурами и для эвтаназии |
| Светодиодный наконечник (прототип) | Instituto de Fí sica de Sã o Карлос, Университет Sã o Paulo, Sã o Карлос, СП, Бразилия | - | Изготовлено с использованием LXHL-PR09, излучателя Luxeon III, Lumileds Lighting, Сан-Хосе, Калифорния, США |
| Метилпреднизолона ацетат 40 мг | ДЕПО-МЕДРОЛ, Pfizer, Нью-Йорк | - | Используется в качестве иммунодепрессанта |
| Микротом | Leica Microsystems, Бэннокберн, Иллинойс, США | SM2500 | Используется для резки серийных секций язычков |
| Ящики из пропилена (корпус каркаса) H13 x L20 x D30 см | Bonther Equipaments, Ribeirã o Preto, SP, Бразилия | - | Используется для содержания животных на протяжении всего экспериментального периода |
| Сабуро Декстроза Агар с хлорамфениколом | HiMedia, Мумбаи, Индия | MM1067-500G | Культуральная среда для роста дрожжей (агар) |
| Спектрофотометр | Спектрофотометр Спектрофотометр Kasvi K37-VIS, Sã o José dos Pinhais, PR, Бразилия | K37-VIS | Используется для нормализации концентрации инокулята |
| Тетрациклина гидрохлорид | Аптека по производству рецептурных препаратов, Araraquara, SP, Бразилия | - | Антибиотик, назначаемый для стимуляции дисбактериоза полости рта |
| Древесная стружка | J.R. Древесная стружка, Comerce of Sawdust Ltda., Conchal, Sã o Штат Паулу, Бразилия | - | Используется для напольного покрытия внутри жилых коробок |
| Xylazine 2% | Calmiun, Uniã o Quí слюда Farmacê utica Nacional S/A, Embu-Guaç u, SP, Бразилия | - | Используется в сочетании с кетамином для анестезии |
| Дрожжевой азотный бульон | Difco, InterLab, Детройт, Мичиган, США | DF0919-07-3 | Питательная среда для роста дрожжей (бульон) |
| Отвар пептона декстрозы дрожжей | NutriSelect Basic, Sigma Aldrich | Y1375 | Питательная среда для поддержания штаммов при -80°С; C и расти |