روز البنغال العلاج الضوئي الديناميكي بوساطة لمنع المبيضات البيضاء
Summary
تزايد حدوث المبيضات البيضاء المقاومة للأدوية هو قضية صحية خطيرة في جميع أنحاء العالم. قد يوفر العلاج الضوئي الديناميكي المضاد للميكروبات (aPDT) استراتيجية لمكافحة الالتهابات الفطرية المقاومة للأدوية. يصف هذا البروتوكول فعالية aPDT بوساطة البنغال الوردية على سلالة C. albicans المقاومة للأدوية المتعددة في المختبر.
Abstract
عدوى المبيضات البيضاء الغازية هي عدوى فطرية انتهازية كبيرة في البشر لأنها واحدة من أكثر المستعمرين شيوعا للأمعاء والفم والمهبل والجلد. على الرغم من توافر الأدوية المضادة للفطريات ، إلا أن معدل وفيات داء المبيضات الغازي لا يزال ~ 50٪. لسوء الحظ ، فإن حدوث C. albicans المقاوم للأدوية يتزايد على مستوى العالم. قد يوفر العلاج الضوئي الديناميكي المضاد للميكروبات (aPDT) علاجا بديلا أو مساعدا لمنع تكوين الأغشية الحيوية C. albicans والتغلب على مقاومة الأدوية. أظهرت الورود البنغالية (RB) بوساطة aPDT قتل الخلايا الفعالة للبكتيريا و C. albicans. في هذه الدراسة ، يتم وصف فعالية RB-aPDT على C. albicans المقاومة للأدوية المتعددة. تم تصميم مصدر ضوء الصمام الثنائي الباعث للضوء الأخضر (LED) محلي الصنع ليتماشى مع مركز بئر صفيحة 96 بئرا. تم احتضان الخمائر في الآبار بتركيزات مختلفة من RB وأضاءت بتدفقات متفاوتة من الضوء الأخضر. تم تحليل آثار القتل بواسطة طريقة تخفيف اللوحة. مع مزيج مثالي من الضوء و RB ، تم تحقيق تثبيط النمو 3-log. وخلص إلى أن RB-aPDT قد يثبط بكتيريا C. albicans المقاومة للأدوية.
Introduction
C. يستعمر البيض في الجهاز الهضمي والجهاز البولي التناسلي للأفراد الأصحاء ويمكن اكتشافه كميكروبات طبيعية في حوالي 50 في المائة من الأفراد1. إذا تم إنشاء خلل بين المضيف والممرض ، فإن C. albicans قادر على غزو المرض والتسبب فيه. يمكن أن تتراوح العدوى من التهابات الأغشية المخاطية المحلية إلى فشل الأعضاء المتعددة2. في دراسة مراقبة متعددة المراكز في الولايات المتحدة ، حوالي نصف العزلات من المرضى الذين يعانون من داء المبيضات الغازية بين عامي 2009 و 2017 هي C. albicans3. يمكن أن يرتبط المبيضات بارتفاع معدلات المراضة والوفيات والإقامة المطولة في المستشفى4. ذكرت المراكز الأمريكية لمكافحة الأمراض والوقاية منها أن حوالي 7٪ من جميع عينات دم المبيضات التي تم اختبارها مقاومة للدواء المضاد للفطريات فلوكونازول5. يثير ظهور أنواع المبيضات المقاومة للأدوية القلق من تطوير علاج بديل أو مساعد للعوامل المضادة للفطريات.
يتضمن العلاج الضوئي الديناميكي المضاد للميكروبات (aPDT) تنشيط محسس ضوئي معين (PS) بالضوء عند ذروة الامتصاص للطول الموجي ل PS6. بعد الإثارة ، ينقل PS المثير طاقته أو إلكتروناته إلى جزيئات الأكسجين القريبة ويعود إلى الحالة الأرضية. خلال هذه العملية ، يتم تشكيل أنواع الأكسجين التفاعلية والأكسجين الفردي وتسبب تلف الخلايا. وقد استخدمت aPDT على نطاق واسع لقتل الكائنات الحية الدقيقة منذ 1990s7. واحدة من فوائد aPDT هي أن عضيات متعددة تتلف في الخلية بسبب الأكسجين الفردي و / أو أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) أثناء التشعيع. وبالتالي ، لم يتم العثور على مقاومة ل aPDT حتى اليوم. علاوة على ذلك ، ذكرت دراسة حديثة أن البكتيريا التي نجت بعد aPDT أصبحت أكثر حساسية للمضادات الحيوية8.
تشمل مصادر الضوء المستخدمة في aPDT أشعة الليزر ومصابيح الهالوجين المعدنية مع المرشحات والضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء والصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) 9،10،11،12. يوفر الليزر طاقة ضوئية عالية ، عادة ما تكون أكبر من 0.5 واط / سم2 ، مما يسمح بتوصيل جرعة خفيفة عالية في وقت قصير جدا. وقد تم استخدامه على نطاق واسع في الحالات التي يكون فيها وقت العلاج الأطول غير مريح مثل aPDT لالتهابات الفم. عيب الليزر هو أن حجم الإضاءة الموضعية صغير ، يتراوح من بضع مئات من الميكرومترات إلى 10 مم مع ناشر. علاوة على ذلك ، فإن معدات الليزر باهظة الثمن وتحتاج إلى تدريب محدد للعمل. من ناحية أخرى ، فإن منطقة التشعيع لمصباح الهالوجين المعدني مع المرشحات أكبر نسبيا13. ومع ذلك ، فإن المصباح ضخم جدا ومكلف. أصبحت مصادر ضوء LED سائدة في aPDT في مجال الأمراض الجلدية لأنها صغيرة وأقل تكلفة. يمكن أن تكون منطقة التشعيع كبيرة نسبيا مع ترتيب مصفوفة من مصباح LED الكهربائي. يمكن إضاءة الوجه بأكمله في نفس الوقت9. ومع ذلك ، فإن معظم ، إن لم يكن كل ، مصادر ضوء LED المتاحة اليوم مصممة للاستخدام السريري. قد لا تكون مناسبة للتجارب في المختبر لأنها تشغل مساحة ومكلفة. قمنا بتطوير مجموعة LED غير مكلفة صغيرة جدا ويمكن قطعها وتجميعها من شريط LED. يمكن تركيب مصابيح LED في ترتيبات مختلفة لتصميمات تجريبية مختلفة. يمكن إكمال ظروف مختلفة من aPDT في لوحة 96 بئر أو حتى لوحة 384 بئر في تجربة واحدة.
روز البنغال (RB) هي صبغة ملونة تستخدم على نطاق واسع لتعزيز تصور أضرار القرنية في عيون الإنسان14. أظهر aPDT بوساطة RB تأثيرات قاتلة على المكورات العنقودية الذهبية والإشريكية القولونية و C. albicans بكفاءة مماثلة تقريبا لتلك الموجودة في Toluidine Blue O15. توضح هذه الدراسة طريقة للتحقق من صحة تأثير RB-aPDT على C. albicans المقاومة للأدوية المتعددة.
Protocol
Representative Results
Discussion
تم الإبلاغ عن نتائج مشجعة للتطبيقات السريرية ل RB-PDT لالتهاب القرنية الفطري مؤخرا19. ذروة امتصاص RB هي 450-650 نانومتر. من الضروري تحديد معدل طلاقة مصدر الضوء لنجاح aPDT. مطلوب طلاقة عالية (عادة >100 J / cm2) لعلاج الخلايا السرطانية ، في حين من المتوقع أن يعالج طلاقة أقل الآفات المصابة<…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تلقى هذا العمل تمويلا من مركز الطب النانوي التطبيقي بجامعة تشنغ كونغ الوطنية من برنامج مركز أبحاث المناطق المميزة في إطار مشروع براعم التعليم العالي من قبل وزارة التربية والتعليم (MOE) ، ووزارة العلوم والتكنولوجيا ، تايوان [MOST 109-2327-B-006-005] إلى TW Wong. يعترف J.H. Hung بالتمويل المقدم من مستشفى جامعة تشنغ كونغ الوطني ، تايوان [NCKUH-11006018] ، و [MOST 110-2314-B-006-086-MY3].
Materials
| 1.5 mL microfuge tube | Neptune, San Diego, USA | #3745.x | |
| 5 mL round-bottom tube with cell strainer cap | Falcon, USA | #352235 | |
| 96-well plate | Alpha plus, Taoyuan Hsien, Taiwan | #16196 | |
| Aluminum foil | sunmei, Tainan, Taiwan | ||
| Aluminum heat sink | Nanyi electronics Co., Ltd., Tainan, Taiwan | BK-T220-0051-01 | |
| Centrifuge | Eppendorf, UK | 5415R | disperses heat from the LED array |
| Graph pad prism software | GraphPad 8.0, San Diego, California, USA | graphing and statistics software | |
| Green light emitting diode (LED) strip | Nanyi electronics Co., Ltd., Tainan, Taiwan | 2835 | |
| Incubator | Yihder, Taipei, Taiwan | LM-570D (R) | Emission peak wavelength: 525 nm, Viewing angle: 150°; originated from https://www.aliva.com.tw/product.php?id=63 |
| Light power meter | Ophir, Jerusalem, Israel | PD300-3W-V1-SENSOR, | |
| Millex 0.22 μm filter | Merck, NJ, USA | SLGVR33RS | |
| Multidrug-resistant Candida albicans | Bioresource Collection and Research CenterBioresource, Hsinchu, Taiwan | BCRC 21538/ATCC 10231 | http://catalog.bcrc.firdi.org.tw/BcrcContent?bid=21538 |
| OD600 spectrophotometer | Biochrom, London, UK | Ultrospec 10 | |
| Rose Bengal | Sigma-Aldrich, MO, USA | 330000 | stock concentration 40 mg/mL = 4%, prepare in PBS, stored at 4 °C |
| Sterilized glass tube | Sunmei Co., Ltd., Tainan, Taiwan | AK45048-16100 | |
| Yeast Extract Peptone Dextrose Medium | HIMEDIA, India | M1363 |
References
- Naglik, J. R., Challacombe, S. J., Hube, B. Candida albicans secreted aspartyl proteinases in virulence and pathogenesis. Microbiology and Molecular Biology Reviews. 67 (3), 400-428 (2003).
- Pappas, P. G., et al. Clinical practice guideline for the management of candidiasis: 2016 update by the Infectious Diseases Society of America. Clinical Infectious Diseases. 62 (4), 1-50 (2016).
- Ricotta, E. E., et al. Invasive candidiasis species distribution and trends, United States, 2009-2017. Journal of Infectious Diseases. 223 (7), 1295-1302 (2021).
- Koehler, P., et al. Morbidity and mortality of candidaemia in Europe: an epidemiologic meta-analysis. Clinical Microbiology and Infection. 25 (10), 1200-1212 (2019).
- Toda, M., et al. Population-based active surveillance for culture-confirmed candidemia – four sites, United States, 2012-2016. Morbidity and Mortality Weekly Report Surveillance Summaries. 68 (8), 1-15 (2019).
- Lee, C. N., Hsu, R., Chen, H., Wong, T. W. Daylight photodynamic therapy: an update. Molecules. 25 (21), 5195 (2020).
- Wainwright, M. Photodynamic antimicrobial chemotherapy (PACT). Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 42 (1), 13-28 (1998).
- Wong, T. W., et al. Indocyanine green-mediated photodynamic therapy reduces methicillin-resistant staphylococcus aureus drug resistance. Journal of Clinical Medicine. 8 (3), 411 (2019).
- Kim, M. M., Darafsheh, A. Light sources and dosimetry techniques for photodynamic therapy. Photochemistry and Photobiology. 96 (2), 280-294 (2020).
- Wong, T. W., Sheu, H. M., Lee, J. Y., Fletcher, R. J. Photodynamic therapy for Bowen’s disease (squamous cell carcinoma in situ) of the digit. Dermatologic Surgery. 27 (5), 452-456 (2001).
- Wong, T. W., et al. Photodynamic inactivation of methicillin-resistant Staphylococcus aureus by indocyanine green and near infrared light. Dermatologica Sinica. 36 (1), 8-15 (2018).
- Stasko, N., et al. Visible blue light inhibits infection and replication of SARS-CoV-2 at doses that are well-tolerated by human respiratory tissue. Scientific Reports. 11 (1), 20595 (2021).
- Crosbie, J., Winser, K., Collins, P. Mapping the light field of the Waldmann PDT 1200 lamp: potential for wide-field low light irradiance aminolevulinic acid photodynamic therapy. Photochemistry and Photobiology. 76 (2), 204-207 (2002).
- Feenstra, R. P., Tseng, S. C. Comparison of fluorescein and rose bengal staining. Ophthalmology. 99 (4), 605-617 (1992).
- Demidova, T. N., Hamblin, M. R. Effect of cell-photosensitizer binding and cell density on microbial photoinactivation. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 49 (6), 2329-2335 (2005).
- Shahid, H., et al. Duclauxin derivatives from fungi and their biological activities. Frontiers in Microbiology. 12, 766440 (2021).
- Arendrup, M. C., Park, S., Brown, S., Pfaller, M., Perlin, D. S. Evaluation of CLSI M44-A2 disk diffusion and associated breakpoint testing of caspofungin and micafungin using a well-characterized panel of wild-type and fks hot spot mutant Candida isolates. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 55 (5), 1891-1895 (2011).
- Mukaremera, L., Lee, K. K., Mora-Montes, H. M., Gow, N. A. R. Candida albicans yeast, pseudohyphal, and hyphal morphogenesis differentially affects immune recognition. Frontiers in Immunology. 8, 629 (2017).
- Hung, J. H., et al. Recent advances in photodynamic therapy against fungal keratitis. Pharmaceutics. 13 (12), 2011 (2021).
- Martinez, J. D., et al. Rose Bengal photodynamic antimicrobial therapy: a pilot safety study. Cornea. 40 (8), 1036-1043 (2021).
