Oral Kandidiyazisin Murin Modelinde Kurkuminoid Aracılı Antimikrobiyal Fotodinamik Tedavi

Özet

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.

Özet

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 log_10'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.

Giriş

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 immünosupresyon^{yer 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.

Protokol

Farelerin kullanımına ilişkin araştırma protokolü, UNESP, Araraquara Diş Hekimliği Fakültesi'ndeki Hayvan Kullanımı Etik Kurulu (vaka numaraları 05/2008 ve 09/2020) tarafından onaylanmıştır. Referans suş olarak C. albicans (ATCC 90028) kullanıldı. Bu çalışma için vücut kütlesi 20-30 g olan altı haftalık dişi İsviçre fareleri (n = 45) kullanıldı. Hayvanlar São Paulo Eyalet Üniversitesi, UNESP, Botucatu tarafından sağlandı.

1. PS'nin hazırlanması ve aPDT için ışık kaynağının seçimi

1. PS'yi test edilecek maddenin özelliklerine göre hazırlayın.
   NOT: Bu çalışmada, PS olarak suda çözünür bir kurkuminoid karışımı (CUR bazlı suda çözünür tuz karışımı¹²) kullanılmıştır (bkz. Malzeme Tablosu ve Şekil 1). 20 μM, 40 μM ve 80 μM'de (sırasıyla 15.6, 29.2 ve 58.4 mg/L) seyreltmeler, kullanımdan hemen önce ultra saf suda hazırlandı ve 5 °C'de tutuldu.
2. Dokuyu ısıtmadan ışığa duyarlı hedefin tamamını eşit ve aynı anda aydınlatabilen uygun bir dalga boyuna (PS absorpsiyonununkiyle aynı) sahip bir ışık ekipmanı seçin.
   NOT: Bu çalışmada, Instituto de Física de São Carlos'ta (São Paulo Üniversitesi, São Carlos, SP, Brezilya) tasarlanan ışık yayan diyot (LED, bkz. Malzeme Tablosu) içeren bir el aleti kullanılmıştır. Işığın sağladığı çıkış gücü, yaklaşık 455 nm'lik mavi dalga boyunda 89,2 mW/^cm2 idi.

2. C. albicans inoculum'un hazırlanması

1. Referans suşu C. albicans (ATCC 90028) kullanana kadar -80 °C'de %50 gliserol ile maya-pepton-glikoz (YEPD, Malzeme Tablosuna bakınız) içinde saklayın.
2. Donmuş suşu oda sıcaklığında çözdürün, kloramfenikol içeren Sabouraud dekstroz agar (SDA) içeren bir Petri kabına 100 μL'lik bir alikot yayın ( Malzeme Tablosuna bakınız) ve 37 ° C'de 48 saat inkübe edin.
3. Beş koloniyi %2 glikoz (YNBg) ortamı ile 10 mL maya nitrojen suyuna aktarın ve 16 saat boyunca 37 ° C'de aerobik olarak büyütün.
4. Maya kültürünü taze YNBg (1:10) içinde seyreltin ve optik yoğunluk büyümenin orta log fazına ulaşana kadar aerobik olarak 37 °C'de inkübe edin.
   NOT: Daha önce her laboratuvar için mikrobiyal büyüme eğrisini standartlaştırın. Mevcut araştırmada, kültürlerin, 540 nm'de (OD₅₄₀) optik yoğunluk ile gösterildiği gibi, ortalama değeri 0.536 ± 0.062 rastgele birim (ortalama ± standart sapma [SD]) ile gösterildiği gibi büyümenin orta log fazına ulaşana kadar yaklaşık 8 saat inkübe etmelerine izin verildi.
5. Kültürü oda sıcaklığında 5.000 x g'da 5 dakika santrifüjleyin, süpernatanı atın ve peleti aynı hacimde steril fosfat tamponlu salin (PBS; 0.136 M NaCl, 2 mM KCl, 1 mM KH₂PO₄, 10 mM Na₂HPO₄, pH 7.4) ile iki kez yıkayın.
6. PBS'de dört seri 10 kat seyreltme gerçekleştirmek için 100 μL alikot kullanın, seyreltmeleri SDA plakalarına yayın ve koloni sayımı için 37 ° C'de 48 saat inkübe edin. Standart olarak, mantar süspansiyonları mililitre başına yaklaşık 4.5 × 10⁷ koloni oluşturan birim (CFU/mL)] konsantrasyonlarda kullanılır.

3. Farelerde OC indüksiyonu

NOT: Aşağıdaki metodoloji daha önce Takakura ve ^ark.13 tarafından tanımlanmış ve grubumuz^10,14 tarafından bazı değişikliklerle yeniden üretilmiştir.

1. Fareleri, aynı sayıda tedaviye karşılık gelen dokuz gruba (n = 5) rastgele dağıtın (Ek Dosya 1).
   NOT: Farelerin ağız boşluğu Candida büyümesi için negatif olmalıdır. Bunun, ağız boşluğunu sürünerek ve numuneyi SDA üzerine kaplayarak kontrol edilmesi gerekir.
2. Hayvanları, zemin kaplaması için odun talaşı ile^{birlikte propilen kutularda 10} (kutu başına en fazla 5 fare), 23 ± 2 ° C'de 12/12 saat aydınlık/karanlık döngüsü altında sıcaklık kontrollü bir vivaryumda tutun. Belirli bir zenginleştirmenin sağlanmasına gerek yoktur.
3. Fareleri ekstrüde fare diyeti ve filtrelenmiş su ad libitum üzerinde tutun.
4. İmmünsüpresif ilaç olan prednizolonu (100 mg/kg vücut ağırlığı, bkz . Malzeme Tablosu), ilk gün ilk kez C + L + 20, C + L + 40, C + L + 80, C + L - 20 μM, C + L- 40, C + L- 80, C-L + ve C-L- gruplarının tüm üyelerine deri altına enjekte edin (Ek Dosya 1).
   NOT: Aynı gruptaki fareleri aynı kutuda tutun ve herhangi bir stres ve kilo kaybı belirtisi için günlük olarak izleyin. Stres veya kilo kaybı not edilirse analjezik veya değiştirilmiş yiyecek / su için veteriner tavsiyesi alın.
5. Birinci günden başlayarak ve deneyin sonuna kadar, içme suyunda 0.83 mg / mL'de tetrasiklin hidroklorür sağlayın¹³.
6. C + L + 20, C + L + 40, C + L + 80, C + L- 20, C + L- 40, C + L- 80, C-L + ve C-L- (Ek Dosya 1) grupları dahil olmak üzere fare dillerini ikinci günde C. albicans inoculum ile aşılayın. Bu fareleri negatif kontrol grubundan (NCtrl) aşılamayın.
   1. Aşılamadan önce her uyluk kasına 10 mg / kg klorpromazin klorür (bkz . Malzeme Tablosu) intramüsküler enjeksiyonu ile hayvanları sakinleştirin.
   2. Steril bir swabı (hayvan başına bir tane) taze hazırlanmış (yani aşılamadan hemen önce hazırlanmış) standartlaştırılmış bir C. albicans süspansiyonuna batırarak farelerin ağız içi aşılamasını gerçekleştirin.
   3. Sakinleştirilmiş fareleri sırtüstü pozisyona getirin. Steril bir forseps kullanarak dillerini nazikçe ağızlarından çekin. Her farenin dilini ıslatılmış bir bezle 30 saniye ovalayın. Sedasyondan kurtulana kadar fareleri izleyin.
7. Beşinci günde, immünosupresyonunu sürdürmek için tamamlayıcı bir deri altı prednizolon (100 mg / kg vücut ağırlığı) enjeksiyonu uygulayın.
   NOT: Bu protokol, ağız içi aşılamadan sonra enfeksiyonu 7 gün boyunca tutmak için yeterlidir. Protokol zaman çizelgesi Şekil 2'de gösterilmektedir.

4. Antimikrobiyal Fotodinamik Tedavi ve C. albicans'ın oral lezyonlardan kurtarılması

1. Yedinci günde, tedaviden önce, ksilazin (10 mg / kg vücut ağırlığı) ile birlikte intraperitoneal ketamin hidroklorür (100 mg / kg vücut ağırlığı) enjeksiyonu kullanarak hayvanları uyuşturun (bkz.
2. Her hayvanı, ağzı açık tutmak için kesici dişlerin etrafına sarılabilen paslanmaz çelik tellerle donatılmış bir ped cihazı^14,15 üzerine sırtüstü pozisyonda yerleştirin.
   NOT: Fareleri sakinleştirilirken ısıtmak, oda sıcaklığında hipotermiyi önlemek ve anesteziye bağlı ölümleri önlemek için izotermal pedler önerilir¹⁵. Anestezi uygulanan her hayvan, anestezi derinliğini doğrulamak için ayak parmakları sıkıştığında geri çekilme refleksinin olmaması ile izlenmelidir. Gerekirse orijinal dozun 1/3'ünde (ksilazin olmadan) bir idame dozu ketamin uygulanabilir.
3. Mandibula ve yanaklar geri çekildiğinde, dili nazikçe ağzın dışına yerleştirin.
4. C+L+ gruplarından fareler için, dilin sırtına 70 μL PS pipetleyin (test edilen konsantrasyonlardan birinde). Fareleri ışınlama öncesi süre olarak 20 dakika boyunca karanlık bir ortamda tutun. Bu süre zarfında, ışığa duyarlılaştırıcının (PS) yutulmasını önlemek için her hayvanın dilinin ağız boşluğunun içinde kaldığından emin olun.
5. Işığa duyarlılık döneminden sonra, aydınlatma için dili ağızdan dışarı çekin. LED cihazını dilin sırtına yerleştirin ve 37.5 J/^cm2'de (mevcut cihazla 7 dakika) aydınlatın (Şekil 3).
6. C+L- gruplarından hayvanlar için, dilin sırtında test edilen konsantrasyonlardan birinde 70 μL PS pipetleyin ve bu fareleri 27 dakika karanlıkta tutun.
7. C-L+ grubundaki hayvanlar için (önceden herhangi bir ışığa duyarlılık olmadan ışıkla tedavi edilir), dilin sırtına 70 μL steril salin solüsyonu pipetleyin. Fareleri 20 dakika karanlıkta tutun ve ardından dillerini 37,5 J/^cm2'de (mevcut cihazla 7 dakika) aydınlatın.
8. C-L grubundan fareler için (ne PS ne de ışıkla muamele edilmemiş), dilin sırtına 70 μL steril salin solüsyonu pipetleyin ve 27 dakika karanlıkta tutun.
9. Tedaviden hemen sonra C. albicans'ı tüm farelerin dillerinden kurtarın. Dilin sırtını steril bir pamuklu çubukla 1 dakika boyunca temizleyin.
10. Her numune swabını 1 mL steril salin içeren bir tüpe yerleştirin ve mikrobiyal hücreleri yeniden süspanse etmek için 1 dakika boyunca girdap yapın.
11. Hemen PBS'de 10 kat seri seyreltme gerçekleştirin ve SDA plakaları üzerinde 25 μL'lik alikotları çoğaltın. Plakaları aerobik olarak 37 °C'de 48 saat inkübe edin.
12. 48 saat sonra, maya koloni sayımlarını belirlemek için dijital bir koloni sayacı ( Malzeme Tablosuna bakın) kullanın. Her hayvan için C. albicans yükünü (CFU/mL) hesaplayın.
13. CFU/mL değerlerini log_10'a dönüştürün ve deneyin tasarımına ve veri varsayımlarına göre uygun şekilde analiz edin.
    NOT: Bu çalışmada Welch'in tek yönlü ANOVA ve Games-Howell post-hoc testi (α = 0.05)¹⁶ kullanılmıştır.

5. Histopatolojik analizler

1. Sekizinci günde, fareleri intraperitonial enjeksiyon yoluyla 10 mg / kg'da ksilazin ile birlikte 100 mg / kg'da ketamin ile uyuşturun ve aşırı dozda ketamin (intraperiotoniyal yoluyla uygulanan 200 mg / kg) ile ötenazi yapın. Solunum hareketinin (apne) ve kalp atışının (asistol) yokluğunu kontrol ederek ölümü onaylayın.
2. Dili dikkatlice sıkıştırın ve hayvanın ağzından dışarı çekin. Manuel bir neşter kullanarak, ön ve orta bölgelerde herhangi bir yaralanmaya neden olmadan tüm dili cerrahi olarak çıkarmak için sirkumvalat papilladan önce bir kesi yapın.
3. Dili 24 saat boyunca% 10 tamponlu formalin (pH 7.2-7.4) içinde sabitleyin ve 2 saat boyunca akan suda yıkayın.
4. Parafin işlemine dahil edilmeye devam edin: dehidrasyon, berraklaştırma ve emprenye^10,14.
5. Bir mikrotom kullanarak seri bölümleri (5 μm kalınlığında) kesin, ardından bölümleri cam slaytlara yapıştırın. Histopatolojik inceleme ve ışık mikroskobu altında gözlem yoluyla mantarları tanımlamak için periyodik asit-Schiff ve hematoksilen (PAS-H) kullanarak bu bölümleri boyamaya devam edin.
6. C. albicans enfeksiyonuna bağlı doku reaksiyonunu incelemek için tercihen çalışılan gruplara kör olan bir patoloğa danışın.
7. Dokunun histolojik özelliklerini (epitel ve bağ dokusu), özellikle değişen yoğunluklarda lokal inflamatuar yanıtları tanımlayın.

Sonuçlar

OC'nin murin modeli, tüm enfekte farelerin dilinde tipik beyaz lekeler ve psödomembranlar gösterdi (Şekil 4A). C-L-hayvanlarından elde edilen C. albicans , bu mikroorganizma tarafından doku kolonizasyonunu doğruladı (değerler 1.62 x 10⁴ ila 4.80 x 10⁵ CFU/mL arasında değişiyordu). Beklendiği gibi, NCtr grubundaki hayvanlar, örneklemeden sonra herhangi bir doku değişikliği veya koloni büyümesi göstermedi (Şekil 4B

Tartışmalar

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...

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
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