Çok ilaca dirençli için Antimikrobiyal Mavi Işık Tedavisinin Vivo İncelenmesinin Acinetobacter baumannii Biyoparlaklık ımaging'i kullanarak Enfeksiyonlar Yanık
Summary
Infections caused by multidrug-resistant (MDR) bacterial strains have emerged as a serious threat to public health, necessitating the development of alternative therapeutics. We present a protocol to evaluate the effectiveness of antimicrobial blue light (aBL) therapy for MDR Acinetobacter baumannii infections in mouse burns by using bioluminescence imaging.
Abstract
enfeksiyonlar morbidite ve mortalitenin önemli bir nedenidir olmaya devam yak. çoklu ilaca dirençli (MDR) bakterinin artan çıkması geleneksel antibiyotik tedavilerinin sık arızalanması yol açmıştır. Alternatif tedavi edici acilen MDR bakterileri mücadele etmek gerekmektedir.
Yenilikçi bir antibiyotik olmayan bir yaklaşım, antimikrobiyal mavi ışık (ABL), MDR enfeksiyonlara karşı da umut verici etkinlik göstermiştir. ABL etki mekanizması henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Genellikle, doğal olarak (örneğin, demir içermeyen porfirinler, flavinler, vb) bakteriler endojen ışığa kromoforlar oluşan fotokimyasal süreci boyunca da sitotoksik reaktif oksijen türlerini üreten Abl, (ROS) heyecanlandırdıklarını varsayılmaktadır.
başka bir ışık bazlı antimikrobiyel yaklaşım farklı olarak, antimikrobiyal fotodinamik tedavi (APDT), Abl tedavisi eksojen bir photosensitiz katılımını gerektirmezer. yürürlüğe girmesi için gereken tüm mavi ışığın ışınlama olduğu; bu nedenle, basit ve ucuzdur. Abl reseptörleri bakterilerde endojen hücresel ışığa yerine DNA'dır. Bu nedenle, abl daha az genotoksik doğrudan ana hücrelerde DNA hasarına neden olan ultraviyole-C (UVC) ışınlama, daha konukçu hücrelere bağlı olduğu düşünülmektedir.
Bu yazıda, yanık yaralanması, bir fare modelinde Acinetobacter baumannii enfeksiyonları için ABL tedavinin etkinliğini değerlendirmek için bir protokol mevcut. tasarlanmış bir biyolüminesans gerginlik kullanarak, invaziv olmayan yaşayan hayvanlarda gerçek zamanlı olarak enfeksiyon oranının saptanması için başardık. Bu teknik aynı zamanda hayvanlarda enfeksiyonların uzaysal dağılımının izlenmesi için etkili bir araçtır.
Introduction
Sık sık, çünkü kutanöz termal yaralanmalar bildirilmiştir Yanık infeksiyonları, morbidite ve mortalite 1'in önemli bir nedeni olmaya devam etmektedir. Yanık enfeksiyonlarının tedavisi nedeniyle daha da antibiyotik büyük kullanımına çok ilaca dirençli (MDR) bakteri suşları 2 artan ortaya çıkması ile aşıldığını. Önemli bir MDR Gram-negatif bakteriler son savaş yaralarla ilişkili olduğu bilinen ve hemen hemen tüm mevcut antibiyotiklere 3 karşı dayanıklı olan Acinetobacter baumannii vardır. Yaralı odaklarda biyofilmin varlığı inatçı enfeksiyonlara 8, 9 neden, 4, 5 bildirilmiştir ve antibiyotik ve bir ev sahibi savunma 6, 7 tolerans alevlenmesine inanılmaktadır. Bu nedenle, bir ezme varg alternatif tedavilerin geliştirilmesi için gereklidir. Mücadele antibiyotiğe dirençli bakterilere için yeni duyurulan Ulusal Strateji olarak, antibiyotiklere alternatif tedavilerin geliştirilmesi ABD'de 10 hükümeti tarafından bir eylem olarak kaydedilmiştir.
Işık-bazlı antimikrobiyel yaklaşımlar, adı ile belirtildiği üzere, ya da diğer maddeler olmadan hafif ışınlama gerektirir. Bu yaklaşımlar, antimikrobiyal, fotodinamik tedavi (APDT), ultraviyole-C (UVC) ışınlama ve antimikrobiyal mavi ışık (ABL) içerir. Önceki çalışmalarda, onlar MDR bakteri suşları 11, 12, 13 öldürme umut verici etkinliğini göstermiştir. Üç ışık bazlı yaklaşımlar arasında, ABL nedeniyle fotosentezcilerin 14 kullanılmaksızın kendi içsel antibakteriyel özellikleri son yıllarda oldukça dikkat çekti. karş-InAPDT ışık ve bir photosensitizer bir arada gerektirir ederken APDT için müsait, ABL sadece ışığın kullanımını gerektirir. Bu nedenle, abl basit ve 14 ucuzdur. UVC karşılaştırıldığında, Abl daha az sitotoksik ve hücreleri 15 barındırmak için genotoksik olduğuna inanılmaktadır.
Bu protokolün amacı, bir fare modelinde MDR A. baumannii kaynaklanan yanık enfeksiyonların tedavisi için ABL etkinliğini araştırmaktır. Biz gerçek zamanlı olarak bakteriyel yükün non-invazif izlenmesine olanak yanık enfeksiyonların yeni fare modelleri geliştirmek için biyolüminesans patojenik bakterileri kullanırlar. Vücut sıvısı / doku numune alma ve daha sonra kaplama ve koloni 16 sayım geleneksel yöntem ile karşılaştırıldığında, bu teknik, doğru sonuçlar sağlar. Doku örnekleme işlemi, deneysel hatanın başka bir kaynak getirebilir. Bakteriyel lüminesans şiddeti Corres doğrusal olarak orantılı olduğuBakteri CFU 17 göllenen, doğrudan ışık ışınlama belli bir dozdan sonra bakterilerin hayatta ölçebilir. gerçek zamanlı olarak açık tedavi gören hayvanlar canlı bakteri yükünü izleyerek, bakteri öldürme kinetikleri farelerde önemli ölçüde daha az sayıda kullanılarak karakterize edilebilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Abl enfeksiyonları tedavi etmek için yeni bir yöntemdir. etki mekanizması kemoterapinin bu tamamen farklı olduğu için, bu fizik daha fazladır. antimikrobiyal etkiye aracılık madde mavi ışık ışınlama (400-470 nm). mavi LED'ler gelişmesiyle birlikte, biz MDR enfeksiyonları için etkili ve basit bir ışık tabanlı antimikrobiyal yaklaşımın erişim kazandı.
Bu protokol, biz MDR, A. baumannii bir biyolüminesans türünün neden yanık enfeksiyonların bir far…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported in part by the Center for Integration of Medicine and Innovative Technology (CIMIT) under the U.S. Army Medical Research Acquisition Activity Cooperative Agreement (CIMIT No. 14-1894 to TD) and the National Institutes of Health (1R21AI109172 to TD). YW was supported by an ASLMS Student Research Grant (BS.S02.15). We are grateful to Tayyaba Hasan, PhD at the Wellman Center for her co-mentorship for YW.
Materials
| IVIS | PerkinElmer Inc, Waltham, MA | IVIS Lumina Series III | Pre-clinical in vivo imaging |
| Light-emitting diode LED | VieLight Inc, Toronto, Canada | 415 nm | Light source for illumination |
| Power/energy meter | Thorlabs, Inc., Newton, NJ | PM100D | Light irradiance detector |
| Mouse | Charles River Laboratories, Wilmington, MA | BALB/c | 7-8 weeks age, 17-19 g weight |
| Acinetobacter baumannii | Brooke Army Medical Center, Fort Sam Houston, TX | Clinical isolate | Engineered luminescent strain |
| Insulin Syringes | Fisher Scientific | 14-826-79 | BD Lo-Dose U-100 Insulin Syringes for injection |
| Sodium Chloride | Fisher Scientific | 721016 | 0.9% Sodium Chloride |
| Phosphate Buffered Saline, 1X Solution | Fisher Scientific | BP24384 | A standard phosphate buffer used in many biomolecular procedures |
| Brain Heart Infusion | Fisher Scientific | B11059 | Bacterial culture medium |
| Falcon 15mL Conical Centrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-959-70C | For bacterial suspension centrifuge |
| Benchtop Incubated Orbital Shakers | Laboratory Supply Network, Inc, Atkinson, NH | Incu-Shaker Mini | For culturing of bacteria |
| Inoculating Loops | Fisher Scientific | 22-363-605 | For smearing bacterial inoclum on burn surface of mice |
| Fisher Scientific Redi-Tip Pipet Tips, 1-200µL | Fisher Scientific | 02-707-502 | Pipet Tips |
| Thermo Scientific Sorvall Legend X1 Centrifuge | Fisher Scientific | 75-004-220 | For bacterial suspension seperation |
| Brass Block | Small Parts, Inc., Miami, FL | 10 mm by 10 mm | For creation of burns in mice |
| Extreme Dragon PBI/Kevlar High-Heat Gloves | Superior Glove Works Ltd, Cheektowaga, NY | PBI83514 | Heat Resistant Gloves |
| Greiner dishes | Sigma-Aldrich Co. LLC | P5112-740EA | 35 mm ×10 mm |
| Corning Digital Hot Plate | Cole-Parmer Instrument Company, LLC | UX-84301-65 | 10" x 10", 220 VAC, for boiling water |
| Mouse/Rat Thin Line Water Heated Surgical Bed | E-Z Systems | EZ-211 | Prevents heat loss and hypothermia during surgery |
References
- Gibran, N. S. Summary of the 2012 ABA Burn Quality Consensus conference. J Burn Care Res. 34 (4), 361-385 (2013).
- Sommer, R., Joachim, I., Wagner, S., Titz, A. New approaches to control infections: anti-biofilm strategies against gram-negative bacteria. Chimia (Aarau). 67 (4), 286-290 (2013).
- Peleg, A. Y., Seifert, H., Paterson, D. L. Acinetobacter baumannii: emergence of a successful pathogen. Clin Microbiol Rev. 21 (3), 538-582 (2008).
- Uppu, D. S. Amide side chain amphiphilic polymers disrupt surface established bacterial bio-films and protect mice from chronic Acinetobacter baumannii infection. Biomaterials. 74, 131-143 (2016).
- Schaber, J. A. Pseudomonas aeruginosa forms biofilms in acute infection independent of cell-to-cell signaling. Infect Immun. 75 (8), 3715-3721 (2007).
- Hoiby, N., Bjarnsholt, T., Givskov, M., Molin, S., Ciofu, O. Antibiotic resistance of bacterial biofilms. Int J Antimicrob Agents. 35 (4), 322-332 (2010).
- Lebeaux, D., Ghigo, J. M., Beloin, C. Biofilm-related infections: bridging the gap between clinical management and fundamental aspects of recalcitrance toward antibiotics. Microbiol Mol Biol Rev. 78 (3), 510-543 (2014).
- Akers, K. S. Biofilms and persistent wound infections in United States military trauma patients: a case-control analysis. BMC Infect Dis. 14, 190 (2014).
- Burmolle, M., et al. Biofilms in chronic infections – a matter of opportunity – monospecies biofilms in multispecies infections. FEMS Immunol Med Microbiol. 59 (3), 324-336 (2010).
- . National strategy on combating antibiotic-resistant bacteria Available from: https://www.whitehouse.gov/sites/default/files/docs/carb_national_strategy.pdf (2014)
- Dai, T. Photodynamic therapy for Acinetobacter baumannii burn infections in mice. Antimicrob Agents Chemother. 53 (9), 3929-3934 (2009).
- Zhang, Y. Antimicrobial blue light therapy for multidrug-resistant Acinetobacter baumannii infection in a mouse burn model: implications for prophylaxis and treatment of combat-related wound infections. J Infect Dis. 209 (12), 1963-1971 (2014).
- Dai, T., et al. Ultraviolet C light for Acinetobacter baumannii wound infections in mice: potential use for battlefield wound decontamination?. J Trauma Acute Care Surg. 73 (3), 661-667 (2012).
- Dai, T. Blue light for infectious diseases: Propionibacterium acnes, Helicobacter pylori, and beyond?. Drug Resist Updat. 15 (4), 223-236 (2012).
- Yin, R. Light based anti-infectives: ultraviolet C irradiation, photodynamic therapy, blue light, and beyond. Curr Opin Pharmacol. 13 (5), 731-762 (2013).
- Haisma, E. M. Inflammatory and antimicrobial responses to methicillin-resistant Staphylococcus aureus in an in vitro wound infection model. PLoS One. 8 (12), e82800 (2013).
- Wang, Y. Antimicrobial Blue Light Inactivation of Gram-Negative Pathogens in Biofilms: In Vitro and In Vivo Studies. J Infect Dis. 213 (9), 1380-1387 (2016).
- Chen, D., Shen, Y., Huang, Z., Li, B., Xie, S. Light-Emitting Diode-Based Illumination System for In Vitro Photodynamic Therapy. Int J Photoenergy. 2012 (2), (2012).
- Demidova, T. N., Gad, F., Zahra, T., Francis, K. P., Hamblin, M. R. Monitoring photodynamic therapy of localized infections by bioluminescence imaging of genetically engineered bacteria. J Photochem Photobiol B. 81 (1), 15-25 (2005).
- Hamblin, M. R., Zahra, T., Contag, C. H., McManus, A. T., Hasan, T. Optical monitoring and treatment of potentially lethal wound infections in vivo. J Infect Dis. 187 (11), 1717-1725 (2003).
- Rowan, M. P. Burn wound healing and treatment: review and advancements. Critical Care. 19, 243 (2015).
- Marx, D. E., Barillo, D. J. Silver in medicine: The basic science. Burns. 40 (Supplement 1), S9-S18 (2014).
- Heyneman, A., Hoeksema, H., Vandekerckhove, D., Pirayesh, A., Monstrey, S. The role of silver sulphadiazine in the conservative treatment of partial thickness burn wounds: A systematic review. Burns. 42 (7), 1377-1386 (2016).
- Roberts, J. A. Individualised antibiotic dosing for patients who are critically ill: challenges and potential solutions. Lancet Infect Dis. 14 (6), 498-509 (2014).
- Dai, T. Blue light eliminates community-acquired methicillin-resistant Staphylococcus aureus in infected mouse skin abrasions. Photomed Laser Surg. 31 (11), 531-538 (2013).
- Uppu, D. S. Amide side chain amphiphilic polymers disrupt surface established bacterial bio-films and protect mice from chronic Acinetobacter baumannii infection. Biomaterials. 74, 131-143 (2016).
- Donlan, R. M., Costerton, J. W. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms. Clin Microbiol Rev. 15 (2), 167-193 (2002).
- Olsen, I. Biofilm-specific antibiotic tolerance and resistance. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. , (2015).
- Song, H. H. Phototoxic effect of blue light on the planktonic and biofilm state of anaerobic periodontal pathogens. J Periodontal Implant Sci. 43 (2), 72-78 (2013).
- Rosa, L. P., da Silva, F. C., Viana, M. S., Meira, G. A. In vitro effectiveness of 455-nm blue LED to reduce the load of Staphylococcus aureus and Candida albicans biofilms in compact bone tissue. Lasers Med Sci. 31 (1), 27-32 (2015).
- Guffey, J. S., Wilborn, J. In vitro bactericidal effects of 405-nm and 470-nm blue light. Photomed Laser Surg. 24 (6), 684-688 (2006).
- Enwemeka, C. S., Williams, D., Enwemeka, S. K., Hollosi, S., Yens, D. Blue 470-nm light kills methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) in vitro. Photomed Laser Surg. 27 (2), 221-226 (2009).
- Bumah, V. V., Masson-Meyers, D. S., Cashin, S. E., Enwemeka, C. S. Wavelength and bacterial density influence the bactericidal effect of blue light on methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). Photomed Laser Surg. 31 (11), 547-553 (2013).
- Maclean, M., MacGregor, S. J., Anderson, J. G., Woolsey, G. Inactivation of bacterial pathogens following exposure to light from a 405-nanometer light-emitting diode array. Appl Environ Microbiol. 75 (7), 1932-1937 (2009).
- Kim, M. Optical lens-microneedle array for percutaneous light delivery. Biomedical Optics Express. 7 (1o), 4220-4227 (2016).
