Oral Kandidiyazisin Murin Modelinde Kurkuminoid Aracılı Antimikrobiyal Fotodinamik Tedavi
Summary
Bu protokol, oral kandidiyazisin bir fare modelinde antimikrobiyal Fotodinamik Terapinin (aPDT) uygulanmasını açıklar. aPDT, suda çözünür bir kurkuminoid ve mavi LED ışık karışımı kullanılarak gerçekleştirildi.
Abstract
Antimikrobiyal Fotodinamik Tedavi (aPDT) in vitro olarak kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır ve klinik öncesi hayvan modelleri, klinik çalışmalardan önce alternatif tedavileri değerlendirmek için uygundur. Bu çalışma, oral kandidiyazisin bir murin modelinde aPDT’nin etkinliğini açıklamaktadır. Kırk fare, deri altı prednizolon enjeksiyonları ile immünosuprese edildi ve dilleri, daha önce bir C. albicans hücre süspansiyonuna batırılmış bir oral sürüntü kullanılarak aşılandı. Tetrasiklin, deney sırasında içme suyu yoluyla uygulandı. Mantar aşılamasından beş gün sonra, fareler rastgele sekiz gruba dağıtıldı; Tedavi edilmemiş enfekte olmamış farelerin dokuzuncu bir grubu negatif kontrol olarak dahil edildi (n = 5). Kurkuminoid karışımının üç konsantrasyonu (20 μM, 40 μM ve 80 μM) mavi bir LED ışıkla (89.2 mW /cm2; ~ 455 nm) ve ışıksız (sırasıyla C + L + ve C + L- grupları) test edildi. Tek başına ışık (C-L+), tedavi yok (C-L-) ve enfeksiyonu olmayan hayvanlar kontrol olarak değerlendirildi. Verilerin analizinde Welch analizi ANOVA ve Games-Howell testleri kullanıldı (α=0.05). Tüm enfekte hayvanlarda oral kandidiyazis kuruldu ve dillerin dorsumunda karakteristik beyaz lekeler veya psödomembranların varlığı ile makroskopik olarak görselleştirildi. Histopatolojik kesitler, C-L- grubunda epitelin keratinize tabakası ile sınırlı büyük bir maya ve filament varlığını doğruladı ve 40 μM veya 80 μM kurkuminoidlerle aPDT’ye maruz kalan farelerden elde edilen görüntülerde mantar hücrelerinin varlığı görsel olarak azaldı. 80 μM kurkuminoidlerin aracılık ettiği aFT, C-L- grubundakilere kıyasla koloni sayısında 2.47 log10’luk bir azalmayı destekledi (p = 0.008). Diğer tüm gruplar, ışığa duyarlılaştırıcı (C + L-) veya tek başına ışık (C-L +) grupları dahil olmak üzere koloni sayısında istatistiksel olarak anlamlı bir azalma göstermedi. Kurkuminoid aracılı aPDT, farelerin dillerinden mantar yükünü azalttı.
Introduction
Oral kandidiyazis (OC), ağız boşluğunun ana mantar enfeksiyonudur; Candida spp.’nin aşırı büyümesinden kaynaklanır. OK için predispozan faktörler arasında endokrin disfonksiyon, geniş spektrumlu antibiyotik kullanımı, radyoterapi ve kemoterapi, beslenme yetersizlikleri, kserostomi (düşük tükürük akımı), protez kullanımı, kötü hijyen ve özellikle immünosupresyonyer alır 1. Candida türleri arasında Candida albicans en yaygın ve öldürücü olanıdır; İnsan vücudunda ortak bir tür ve fırsatçı bir patojen olarak bulunur. C. albicans , morfolojisini kommensal mayalardan (blastopores) patojenik filamentlere (hif ve psödohif) değiştirme yeteneğine sahiptir2. Filamentli formlar, özellikle hifler, endositoz veya aktif penetrasyon yoluyla konakçı epitelini istila ederek enfeksiyona neden olabilir3. C. albicans’ın diğer virülans faktörleri arasında yapışma, biyofilm oluşumu ve lipazlar, fosfolipazlar, proteinazlar ve kandidalizin4 gibi lipolitik ve hidrolitik enzimlerin ve toksinlerin salgılanması yer alır.
OC tedavileri, antifungal ajanların, özellikle topikal polienlerin ve azollerin (nistatin ve mikonazol) kullanımını içerir5. Bununla birlikte, sadece kısa süreli etkinlik gösterirler ve nüks sıktır. Ek olarak, antifungallerin aşırı kullanımı, antifungal direnç gelişimi ve yayılması sorununa yol açmıştır6. Bu nedenle, oksijen varlığında bir ışığa duyarlılaştırıcı (PS) ve ışığı uygun bir dalga boyunda (PS absorpsiyonununkiyle aynı) birleştiren antimikrobiyal Fotodinamik Terapi (aPDT) gibi alternatif tedavilere ihtiyaç vardır. PS’ler hücrelere bağlanır veya hücreler tarafından alınır ve ışıkla aktive edildiğinde, duyarlı hücreler için toksik olan reaktif oksijen türleri (ROS) üretir7.
aPDT’de kullanılan ışığa duyarlılaştırıcılardan (PS’ler) biri, zerdeçal bitkisinin (Curcuma longa L.) rizomlarından ekstrakte edilen doğal olarak oluşan bir bileşik olan kurkumindir (CUR). Kurkumin, anti-inflamatuar, antioksidan, antikanser ve antimikrobiyal yetenekler dahil olmak üzere çok sayıda terapötik özelliğe sahiptir 8,9. Daha önce yapılan bir araştırma, CUR kullanan aPDT’nin, konakçının dokularına herhangi bir zarar vermeden bir murin oral kandidiyazis modelinde C. albicans’ı etkili bir şekilde azalttığını buldu10. CUR, zerdeçaldan ekstrakte edilen ana kurkuminoiddir, ancak bu bitkide demetoksikurkumin ve bis-demetoksikurkumin gibi diğer polifenoller de bulunur. Kurkuminoid aracılı aPDT, kateterlerde büyütülen Staphylococcus aureus biyofilmlerine karşı antibakteriyel aktivite gösterdi11. Bununla birlikte, bildiğimiz kadarıyla, C. albicans’a karşı antifungal aktivitesi belirsizliğini korumaktadır. Bu nedenle, bu çalışmada, bir murin OK modelinde C. albicans’a karşı bir kurkuminoid tuzun aracılık ettiği aPDT’yi değerlendirdik.
Protocol
Representative Results
Discussion
C. albicans, bağışıklığı baskılanmış bir durum, diabetes mellitus, uzun süreli antibiyotik kullanımı ve kötü ağız hijyeni olan bireylerde oral ve özofagus enfeksiyonları ile ilişkilendirilmiştir 1,3. İnsan bulaşıcı hastalıklarının incelenmesi, klinik deneylerin güvenli ve doğru bir şekilde tasarlanabilmesi için hem in vitro hem de in vivo araştırmalar gerektirir. Bu çalışmada, C. albicans tarafı…
Acknowledgements
Yazarlar, FAPESP (São Paulo Araştırma Vakfı, süreç numarası FAPESP #2013/07276-1 (CePID CePOF) ve 2008/00601-6’nın mali desteğine teşekkür eder. Ayrıca CUR bazlı suda çözünür tuz hakkında bilgi verdiği için Dr. Ana Paula Silva’ya teşekkür ederiz.
Materials
| C. albicans | ATCC (Rockville, Md, USA) | 90028 | Used to prepare the Candida inoculum |
| Centrifuge | Eppendorf Centrifuge 5804/5804R,B. Braun, Melsungen, Hesse, Germany | 022628146 (NA) | Used to prepare the Candida inoculum |
| Chlorpromazine chloride 2 mg/mL | Compounding pharmacy, Araraquara, SP, Brazil | - | Used to sedate animals during candida inoculation |
| Curcumin-based water-soluble salt | PDTPharma, Cravinhos, Brazil | - | Consisting of 53.4% of natural curcumin, and 46.6% of other curcuminoids (demethoxycurcumin and bis-demethoxycurcumin). Prepared in water and N-MethylD-Glucamine (final average molecular weight of 730.32 g.mol−1) |
| Digital colony counter | CP 600 Plus, Phoenix Ind Com Equipamentos Científicos Ltda, Araraquara, SP, Brazil | - | Used to count colonies on agar plates |
| Extruded mouse chow | Benelab food, Industry Qualy Animal Nutrition and Commerce Ltda., Lindóia, São Paulo State, Brazil. | - | Used for the feeding of the mice |
| Ketamine Hydrochloride 10% | Ketamina Agener, União Química Farmacêutica Nacional S/A, Embu-Guaçu, SP, Brazil | - | Used to anesthetize animals before treatments and for euthanasia |
| Light-emitting diode handpiece (prototype) | Instituto de Física de São Carlos, University of São Paulo, São Carlos, SP, Brazil | - | Fabricated with LXHL-PR09, Luxeon III Emitter, Lumileds Lighting, San Jose, California, USA |
| Methylprednisolone acetate 40 mg | DEPO-MEDROL, Pfizer, New York | - | Used as an immunosuppressant |
| Microtome | Leica Microsystems, Bannockburn, IL, USA | SM2500 | Used to cut the serial sections of the tongues |
| Propylene boxes (cages housing) H13 x L20 x D30 cm | Bonther Equipaments, Ribeirão Preto, SP, Brazil | - | Used to keep the animals throughout the experimental period |
| Sabouraud Dextrose Agar with Chloramphenicol | HiMedia, Mumbai, India | MM1067-500G | Culture medium for yeast growth (agar) |
| Spectrophotometer | Spectrophotometer Kasvi K37-VIS , São José dos Pinhais, PR, Brazil | K37-VIS | Used to standardize the inoculum concentration |
| Tetracycline hydrochloride | Compounding pharmacy, Araraquara, SP, Brazil | - | Antibiotic given to induce oral dysbiosis |
| Wood shavings | J.R. Wood Shavings, Comerce of Sawdust Ltda., Conchal, São Paulo State, Brazil | - | Used for floor covering inside the housing boxes |
| Xylazine 2% | Calmiun, União Química Farmacêutica Nacional S/A, Embu-Guaçu, SP, Brazil | - | Used in combination with ketamine for anesthesia |
| Yeast Nitrogen Broth | Difco, InterLab, Detroit, MI, USA | DF0919-07-3 | Culture medium for yeast growth (broth) |
| Yeast Peptone Dextrose Broth | NutriSelect Basic, Sigma Aldrich | Y1375 | Culture medium for maintaining the strains at -80°C and grow |
References
- Vila, T., Sultan, A. S., Montelongo-Jauregui, D., Jabra-Rizk, M. A. Oral candidiasis: a disease of opportunity. Journal of fungi (Basel, Switzerland). 6 (1), 15 (2020).
- Sudbery, P. E. Growth of Candida albicans hyphae. Nature Reviews Microbiology. 9 (10), 737-748 (2011).
- Moyes, D. L., Richardson, J. P., Naglik, J. R. Candida albicans-epithelial interactions and pathogenicity mechanisms: scratching the surface. Virulence. 6 (4), 338-346 (2015).
- Lopes, J. P., Lionakis, M. S. Pathogenesis and virulence of Candida albicans. Virulence. 13 (1), 89-121 (2022).
- Quindós, G., et al. Therapeutic tools for oral candidiasis: Current and new antifungal drugs. Medicina oral, patologia oral y cirugia buccal. 24 (2), e172-e180 (2019).
- Nishimoto, A. T., Sharma, C., Rogers, P. D. Molecular and genetic basis of azole antifungal resistance in the opportunistic pathogenic fungus Candida albicans. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 75 (2), 257-270 (2020).
- Gholami, L., Shahabi, S., Jazaeri, M., Hadilou, M., Fekrazad, R. Clinical applications of antimicrobial photodynamic therapy in dentistry. Frontiers in Microbiology. 13, 1020995 (2013).
- Trigo-Gutierrez, J. K., Vega-Chacón, Y., Soares, A. B., Mima, E. G. O. Antimicrobial activity of curcumin in nanoformulations: a comprehensive review. International Journal of Molecular Sciences. 22 (13), 7130 (2021).
- Santezi, C., Reina, B. D., Dovigo, L. N. Curcumin-mediated Photodynamic Therapy for the treatment of oral infections-A review. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 21, 409-415 (2018).
- Dovigo, L. N., et al. Curcumin-mediated photodynamic inactivation of Candida albicans in a murine model of oral candidiasis. Medical Mycology. 51 (3), 243-251 (2013).
- Zangirolami, A. C., Carbinatto, F., Filho, J. D. V., Bagnato, V. S., Blanco, K. C. Impact of light-activated curcumin and curcuminoids films for catheters decontamination. Colloids and SurfacesB: Biointerfaces. 213, 112386 (2022).
- Santezi, C., Tanomaru, J. M., Bagnato, V. S., Júnior, O. B., Dovigo, L. N. Potential of curcumin-mediated photodynamic inactivation to reduce oral colonization. Photodiagnosis Photodynamic Therapy. 15, 46-52 (2016).
- Takakura, N., et al. A novel murine model of oral candidiasis with local symptoms characteristic of oral thrush. Microbiology and immunology. 47 (5), 321-326 (2003).
- Mima, E. G., et al. Susceptibility of Candida albicans to photodynamic therapy in a murine model of oral candidosis. OralSurgery, Oral Medicine, Oral Pathology, Oral Radiology and Endodontology. 109, 392-401 (2010).
- Solis, N. V., Filler, S. G. Mouse model of oropharyngeal candidiasis. Nature Protocol. 7 (4), 637-642 (2012).
- Marôco, J. . Análise Estatística com o SPSS Statistics 25. , (2018).
- Naglik, J. R., Fidel, P. L., Odds, F. C. Animal models of mucosal Candida infection. FEMS Microbiology Letters. 283 (2), 129-139 (2008).
- Samaranayake, Y. H., Samaranayake, L. P. Experimental oral candidiasis in animal models. Clinical Microbiology Reviews. 14, 398-429 (2001).
- Chamilos, G., Lionakis, M. S., Lewis, R. E., Kontoyiannis, D. P. Role of mini-host models in the study of medically important fungi. The Lancet Infectious Diseases. 7, 42-55 (2007).
- Carmello, J. C., et al. Treatment of oral candidiasis using Photodithazine- mediated photodynamic therapy in vivo. PLoS One. 11 (6), e0156947 (2016).
- Sakima, V. T., et al. Antimicrobial photodynamic therapy mediated by curcumin-loaded polymeric nanoparticles in a murine model of oral candidiasis. Molecules. 23 (8), 2075 (2018).
- Abe, S., et al. A glucocorticoid antagonist, mifepristone affects anti-Candida activity of murine neutrophils in the presence of prednisolone in vitro and experimental candidiasis of prednisolone-treated mice in vivo. FEMS Immunology and Medical Microbiology. 13 (4), 311-316 (1996).
- Jones, J. H., Russell, C., Young, C., Owen, D. Tetracycline and the colonization and infection of the mouths of germ-free and conventionalized rats with Candida albicans. Journal Antimicrobial Chemotherapy. 2 (3), 247-253 (1976).
- Russell, C., Jones, J. H. Effects of oral inoculation of Candida albicans in tetracycline-treated rats. Journal of Medical Microbiology. 6 (3), 275-279 (1973).
- Teichert, M. C., Jones, J. W., Usacheva, M. N., Biel, M. A. Treatment of oral candidiasis with methylene blue- mediated photodynamic therapy in an immunodeficient murine model. OralSurgery, Medicine, Pathology, Radiology and Endodontology. 93, 155-160 (2002).
- Totti, M. G. A., Santos, E. B., Almeida, O. P., Koga-Ito, C. Y., Jorge, A. O. C. Oral candidosis by Candida albicans in normal and xerostomic mice. Brazilian Oral Research. 18, 202-207 (2004).
- Hidalgo, K. J. R., et al. Antimicrobial photodynamic therapy in combination with nystatin in the treatment of experimental oral candidiasis induced by Candida albicans resistant to fluconazole. Pharmaceuticals (Basel). 12 (3), E140 (2019).
