Um modelo In Vitro para estudar o efeito da terapia fotodinâmica 5 ácido aminolevulínico-mediada no biofilme de Staphylococcus aureus
Summary
Este manuscrito descreve um protocolo para estudar o efeito antimicrobiano da terapia fotodinâmica 5-aminolevulínico mediada por ácido (ALA-PDT) sobre um biofilme de Staphylococcus aureus . Este protocolo pode ser usado para desenvolver um modelo in vitro para estudar o tratamento de biofilmes bacterianos com PDT no futuro.
Abstract
Staphylococcus aureus (S. aureus) é um patógeno humano comum, que causa infecções sistêmicas e piogênica. S. aureus infecções são difíceis de erradicar, não só devido ao surgimento de cepas resistentes aos antibióticos, mas também sua capacidade de forma de biofilmes. Recentemente, a terapia fotodinâmica (PDT) tem sido indicada como um dos tratamentos possíveis para controlar infecções de biofilme. No entanto, mais estudos são necessários para melhorar o nosso conhecimento de seus efeitos sobre biofilmes bacterianos, bem como os mecanismos subjacentes. Este manuscrito descreve um modelo in vitro do PDT com ácido 5-aminolevulínico (5-ALA), um precursor do fotossensibilizador real, protoporfirina IX (PpIX). Brevemente, maduras S. aureus biofilmes foram incubados com ALA e em seguida, expostos à luz. Posteriormente, o efeito antibacteriano do ALA-PDT no biofilme de S. aureus foi quantificado calculando as unidades (CFUs) formadoras e visualizado pela viabilidade fluorescente coloração através de laser confocal, microscopia (CLSM). Resultados representativos demonstraram um forte efeito antibacteriano do ALA-PDT sobre biofilmes de S. aureus . Este protocolo é simples e pode ser usado para desenvolver um modelo in vitro para estudar o tratamento de biofilmes de S. aureus com ALA-PDT. No futuro, ela também pode ser referenciada em estudos de PDT, utilizando outros fotossensibilizadores para diferentes cepas bacterianas com ajustes mínimos.
Introduction
S. aureus é um importante patógeno Gram-positiva que coloniza a pele e mucosa de hospedeiros humanos. Sua capacidade de forma de biofilmes é considerada um aspecto importante de sua patogênese1. Biofilmes bacterianos são uma comunidade de bactérias incorporado em uma matriz de produção própria, que é composta de substâncias poliméricas extracelulares, incluindo polissacarídeo, DNA e proteínas. Esta matriz desempenha um papel significativo na persistência de infecções bacterianas, contribuindo para um alto grau de resistência ao sistema imunológico humano e terapias antimicrobiana atual2. Os antibióticos são ainda o principal tratamento para infecções de biofilme, embora os efeitos dos antibióticos sobre biofilmes são limitados. Ficou demonstrado anteriormente que as células em biofilmes são 10 a 1.000 vezes mais resistentes a antibióticos em comparação com suas contrapartes planctônicos3. Assim, estratégias alternativas são necessárias para conquistar esse problema.
PDT, uma alternativa de tratamento para infecções bacterianas, usa a luz de um comprimento de onda apropriado para ativar fotossensibilizadores. Isto leva à produção de espécies reativas de oxigênio (ROS), que são letais para as células alvo por perturbar a parede celular, inativando as enzimas e danificar o DNA4. Esta característica multi-alvo torna difícil para que as bactérias desenvolver resistência ao tratamento de PDT.
O efeito antimicrobiano do PDT em biofilmes bacterianos e fungos, com vários fotossensibilizadores, tais como o azul de toluidina, verde de malaquita, azul de metileno, cloro e6 e porfirinas, tem sido estudado em anteriores relatórios5,6, 7,8,9,10,11,12,13. 5-ALA, um pró-fármaco do fotossensibilizador real, PpIX, caracteriza-se por seu peso molecular pequeno e rápido desembaraço12,14. Estas vantagens dão grande potencial ALA-PDT como uma aplicação terapêutica. Embora o efeito de ALA-PDT em bactérias planctônicas tem sido estudado por muitos grupos de12, o efeito antimicrobiano do ALA-PDT em biofilmes bacterianos ainda não foi elucidado. Entretanto, é difícil comparar os resultados entre os estudos anteriores. Uma das razões é que os diferentes protocolos são usados por diversos grupos. Assim, este protocolo descreve um modelo in vitro de um sistema de ALA-PDT, com base na nossa anterior trabalho15. O efeito deste modelo foi confirmado pelo cálculo do UFC e viabilidade de coloração com CLSM.
Protocol
Representative Results
Discussion
PDT tem sido uma terapia estudada para o tratamento de câncer, desde que foi inventado há mais de 100 anos18. Na última década, PDT foi aplicado como uma estratégia antimicrobiana e demonstrou eficácia contra algumas bactérias patogénicas resistentes a antibióticos,12. Comparado ao estado planctônico, biofilmes bacterianos parecem ser mais resistentes ao tratamento com antibióticos3, enquanto o efeito de ALA-PDT em biofilmes não foi total…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pela natureza nacional Science Foundation da China para jovens estudiosos (n º 81300810), programa de treinamento de Shanghai jovem médico (n º 20141057) e Nacional Natural Science Foundation da China (81671982, 81271791 e 81571955). Gostaríamos de agradecer LetPub (www.letpub.com) para fornecer assistência linguística durante a preparação deste manuscrito.
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 |
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