5-Aminolevulinik asit-aracılı Fotodinamik Tedavi etkisi Staphylococcus aureus biyofilm çalışmaya bir In Vitro modeli
Summary
Bu el yazması antimikrobiyal etkisi 5-Aminolevulinik asit-aracılı Fotodinamik Tedavi (ALA-PDT) Staphylococcus aureus biyofilm çalışmaya protokolünü açıklar. Bu iletişim kuralı bakteriyel biyofilmler PDT ile tedavisinde gelecekte çalışmaya bir vitro model geliştirmek için kullanılabilir.
Abstract
Staphylococcus aureus Piyojenik ve sistemik enfeksiyonlar neden olan ortak bir insan patojen (S. aureus) olduğunu. S. aureus enfeksiyonları sadece antibiyotik dirençli suşların ortaya çıkması değil, aynı zamanda formu biyofilmler kabiliyeti nedeniyle ortadan kaldırmak zordur. Son zamanlarda, Fotodinamik Tedavi (PDT) biyofilm enfeksiyonları kontrol etmek için potansiyel tedavilerden biri olarak bildirilen. Ancak, çalışmalar daha fazla bakteri biyofilmler yanı sıra temel mekanizmaları üzerindeki etkisi ile ilgili bilgilerimizi artırmak için gerekir. Bu el yazması PDT ile 5-Aminolevulinik asit (5-ALA), gerçek photosensitizer, protoporfirin IX (PpIX) bir habercisi bir içinde vitro modeli açıklar. Kısaca, S. aureus olgun biyofilmler ALA ile inkübe ve ışığa maruz. Daha sonra antibakteriyel etkisi ALA-PDT S. aureus biyofilm birimleri (CFUs) oluşturan colony hesaplayarak sayılabilir ve floresan mikroskobu (CLSM) tarama confocal lazer ile boyama canlılık tarafından görüntülenmiştir. Temsilcisi sonuçları ALA-PDT S. aureus biyofilmler üzerinde güçlü bir antibakteriyel etkisi gösterdi. Bu iletişim kuralı basit ve S. aureus biyofilmler ALA-PDT ile tedavisinde çalışmaya bir vitro model geliştirmek için kullanılabilir. Gelecekte, bu da diğer dezenfeksiyon minimal ayarlamaları ile farklı bakteri suşları için kullanan PDT çalışmalarda baþvurulabilir.
Introduction
S. aureus deri ve Mukoza insan ana colonizes önemli bir gram-pozitif patojen var. Form biyofilmler kabiliyetini onun Patogenez1önemli bir yönü olarak kabul edilir. Bakteriyel biyofilmler bakterilerin polisakkarit, DNA ve protein de dahil olmak üzere hücre dışı polimer maddelerden oluşan kendi ürettiği dizey içinde gömülü bir topluluğuz. Bu matris bakteriyel enfeksiyonlar, insan bağışıklık sistemi ve geçerli anti-mikrobiyal terapileri2direnci yüksek düzeyde katkıda bulunmak ve önemli bir rol oynar. Antibiyotik etkisi biyofilmler sınırlı olmakla birlikte antibiyotikler hala biyofilm enfeksiyonlar, büyük tedavisi vardır. Daha önce biyofilmler hücrelerde 10 – 1000 kat daha fazla onların planktonik karşıtları3‘ e göre antibiyotiklere dayanıklıdır gösterilmiştir. Böylece, alternatif stratejileri bu sorun fethetmek için ihtiyaç vardır.
PDT, bakteriyel enfeksiyonlar için alternatif bir tedavi dezenfeksiyon etkinleştirmek için uygun bir dalga boyunda ışık kullanır. Bu Reaktif oksijen türleri (ROS), hücre duvarı engellemeden, enzimler ihracı ve DNA4zarar hedef hücreler için ölümcül olan üretim yol açar. Bu çoklu hedef özelliği bakteri PDT tedaviye karşı direnç geliştirmeye güçleştirir.
Antimikrobiyal etkisi PDT toluidin mavi gibi birden fazla dezenfeksiyon ile bakteri ve mantar biyofilmler, malakit yeşil, metilen mavisi, klor e6 ve porfirinler, önceki raporlar5,6‘eğitim gördü, 7,8,9,10,11,12,13. 5-ALA, gerçek photosensitizer, PpIX, prodrug, küçük molekül ağırlıklı ve hızlı geçiş izni12,14ile karakterizedir. Bu avantajları ALA-PDT büyük potansiyel terapötik bir uygulama olarak vermek. ALA-PDT planktonik bakteriler üzerindeki etkisi birçok gruplar12tarafından çalışılmıştır rağmen bakteriyel biyofilmler ALA-PDT antimikrobiyal etkisi henüz aydınlatılmamıştır değil. Bu arada, önceki çalışmalar arasında karşılaştırılması zordur. Nedenlerinden biri farklı protokoller farklı gruplar tarafından kullanılır. Böylece, bu protokol üzerinde bizim önceki çalışma15dayalı bir ALA-PDT sisteminin bir vitro modeli açıklar. Bu model etkisini CFU hesaplama ve CLSM ile boyama canlılık tarafından doğrulandı.
Protocol
Representative Results
Discussion
Daha 100 yıl önce icat edilmiştir beri PDT kanseri tedavisi için iyi çalışılmış bir terapi oldu18. Son on yılda PDT antimikrobiyal bir strateji olarak uygulanmış ve bazı antibiyotik dirençli Patojen bakteriler12karşı etkinliğini göstermiştir. Planktonik durumuna göre bakteriyel biyofilmler biyofilmler ALA-PDT etkisi tam olarak henüz araştırmış değil iken antibiyotik tedavisi3‘ e, daha dayanıklı görünüyor.
<p class=…Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser genç akademisyenler (No. 81300810), Shanghai genç doktor eğitim programı (No. 20141057) ve Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin (81671982, 81271791 ve 81571955) için Ulusal Doğa Bilim Vakfı Çin tarafından finanse edildi. LetPub (www.letpub.com) teşekkür için-mek şartıyla bu el yazması hazırlanması sırasında dile ait yardım ederim.
Materials
| Tryptone Soya Broth (TSB) | OXOID | CM0129B | |
| Tryptone Soya Agar (TSA) | OXOID | CM0131 | |
| SYTO9 | Thermo Fisher Scientific | L7012 | The LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kits |
| Propidium iodide (PI) | Thermo Fisher Scientific | L7012 | The LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability Kits |
| Pancreatin | Sigma-Aldrich | P3292 | |
| 5-aminolevulinic acid (ALA) | Fudan Zhangjiang Bio-Pharm | 3.1 | |
| Staphylococcus aureus strain USA300 | / | / | The source of USA 300 references “Tenover FC, Goering RV. J Antimicrob Chemother. 2009 Sep; 64(3):441-6”. |
| Staphylococcus aureus clinical strains (C1-C3) | / | / | All clinical strains were isolated from patients with chronic rhinosinusitis in the Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Eye and ENT Hospital of Fudan University [Zhang QZ, Zhao KQ, Wu Y, et al. PLoS One. 2017 Mar; 12(3): e0174627]. |
| 96-well microplate | Corning Inc | 3599 | Clear Flat Bottom Polystyrene TC-Treated Microplates, Individually Wrapped, with Lid, Sterile |
| Fluorodish | NEST Biotechnology | 801001 | Glass bottom, Non-pyrogenic |
| Eppendorf Safe-Lock Tubes, 1.5 mL | Eppendorf | 0030120086 | |
| Eppendorf microcentrifuge 5417 | Eppendorf | Z365998 | SIGMA | |
| Incubator | Thermo Fisher Scientific | SHKE4000 | MaxQ 4000 Benchtop Orbital Shakers |
| Light emitting diode (LED) | Wuhan Yage Optic and Electronic Technique CO | LED-IB | |
| Leica TCS SP8 confocal laser-scanning microscope | Leica Microsystems | ||
| Leica LAS AF software | Leica Microsystems | ||
| IMARIS software | Bitplane |
Referenzen
- Lewis, K. Riddle of biofilm resistance. Antimicrob Agents Chemother. 45 (4), 999-1007 (2001).
- Rabin, N., et al. Biofilm formation mechanisms and targets for developing antibiofilm agents. Future Med Chem. 7 (4), 493-512 (2015).
- Mah, T. F., O’Toole, G. A. Mechanisms of biofilm resistance to antimicrobial agents. Trends Microbiol. 9 (1), 34-39 (2001).
- Sharma, M., et al. Toluidine blue-mediated photodynamic effects on staphylococcal biofilms. Antimicrob Agents Chemother. 52 (1), 299-305 (2008).
- Rosa, L. P., da Silva, F. C., Nader, S. A., Meira, G. A., Viana, M. S. In vitro effectiveness of antimicrobial photodynamic therapy (APDT) using a 660 nm laser and malachite green dye in Staphylococcus aureus biofilms arranged on compact and cancellous bone specimens. Lasers Med Sci. 29 (6), 1959-1965 (2014).
- Rosa, L. P., Silva, F. C., Nader, S. A., Meira, G. A., Viana, M. S. Effectiveness of antimicrobial photodynamic therapy using a 660 nm laser and methyline blue dye for inactivating Staphylococcus aureus biofilms in compact and cancellous bones: An in vitro study. Photodiagnosis Photodyn Ther. 12 (2), 276-281 (2015).
- Mai, B., et al. The antibacterial effect of sinoporphyrin sodium photodynamic therapy on Staphylococcus aureus planktonic and biofilm cultures. Lasers Surg Med. 48 (4), 400-408 (2016).
- Gandara, L., Mamone, L., Bohm, G. C., Buzzola, F., Casas, A. Enhancement of photodynamic inactivation of Staphylococcus aureus biofilms by disruptive strategies. Lasers Med Sci. 32 (8), 1757-1767 (2017).
- Baltazar, L. M., et al. Antimicrobial photodynamic therapy: an effective alternative approach to control fungal infections. Front Microbiol. 6, 202 (2015).
- Fernandes, T., Bhavsar, C., Sawarkar, S., D’Souza, A. Current and novel approaches for control of dental biofilm. Int J Pharm. 536 (1), 199-210 (2017).
- De Sordi, L., et al. Development of Photodynamic Antimicrobial Chemotherapy (PACT) for Clostridium difficile. PLoS One. 10 (8), e0135039 (2015).
- Harris, F., Pierpoint, L. Photodynamic therapy based on 5-aminolevulinic acid and its use as an antimicrobial agent. Med Res Rev. 32 (6), 1292-1327 (2012).
- Donnelly, R. F., McCarron, P. A., Tunney, M. M. Antifungal photodynamic therapy. Microbiol Res. 163 (1), 1-12 (2008).
- Shi, H., Li, J., Zhang, H., Zhang, J., Sun, H. Effect of 5-aminolevulinic acid photodynamic therapy on Candida albicans biofilms: An in vitro study. Photodiagnosis Photodyn Ther. 15, 40-45 (2016).
- Zhang, Q. Z., et al. 5-aminolevulinic acid-mediated photodynamic therapy and its strain-dependent combined effect with antibiotics on Staphylococcus aureus biofilm. PLoS One. 12 (3), 0174627 (2017).
- Chang, Y. C., et al. Rapid single cell detection of Staphylococcus aureus by aptamer-conjugated gold nanoparticles. Sci Rep. 3, 1863 (2013).
- Barra, F., et al. Photodynamic and Antibiotic Therapy in Combination to Fight Biofilms and Resistant Surface Bacterial Infections. Int J Mol Sci. 16 (9), 20417-20430 (2015).
- St Denis, T. G., et al. All you need is light: antimicrobial photoinactivation as an evolving and emerging discovery strategy against infectious disease. Virulence. 2 (6), 509-520 (2011).
- O’Neill, J. F., Hope, C. K., Wilson, M. Oral bacteria in multi-species biofilms can be killed by red light in the presence of toluidine blue. Lasers Surg Med. 31 (2), 86-90 (2002).
- Li, X., et al. Effects of 5-aminolevulinic acid-mediated photodynamic therapy on antibiotic-resistant staphylococcal biofilm: an in vitro study. J Surg Res. 184 (2), 1013-1021 (2013).
- Hall-Stoodley, L., Costerton, J. W., Stoodley, P. Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases. Nat Rev Microbiol. 2 (2), 95-108 (2004).
- Elias, S., Banin, E. Multi-species biofilms: living with friendly neighbors. FEMS Microbiol Rev. 36 (5), 990-1004 (2012).
- Wu, J., et al. Design and Proof of Programmed 5-Aminolevulinic Acid Prodrug Nanocarriers for Targeted Photodynamic Cancer Therapy. ACS Appl Mater Interfaces. 9 (17), 14596-14605 (2017).
