biophBiomedical PhotonicsBiomedical Photonics2413-9432Non-profit partnership for development of domestic photodynamic therapy and photodiagnosis10.24931/2413-9432-2025-14-2-4-11bioph-715Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESИзучение накопления водорастворимых несимметричных катионных пор- фиринов в грамположительных воз6удителях раневых инфекций при фотодинамической инактивацииStudy of accumulation of water-soluble asymmetric cationic porphyrins in gram-positive wound infection pathogens during photodynamic inactivationКвашнинаД. В.KvashninaD. V.

Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

daria_tsariova@mail.ruШироковаИ. Ю.ShirokovaI. Yu.

Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

БелянинаН. А.BelyaninaN. A.

Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

СырбуС. А.SyrbuS. A.

Иваново

Ivanovo

ЛебедеваН. Ш.LebedevaN. Sh.

Иваново

Ivanovo

БоеваЖ. В.BoevaZh. V.

Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

БурашниковаА. А.BurashnikovaA. A.

Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

ГоршковаЕ. Н.GorshkovaE. N.

Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

РаззореноваЕ. А.RazzorenovaE. A.

Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

КовалишенаО. В.KovalishenaO. V.

Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

ЛазаревД. К.LazarevD. K.

Нижний Новгород

Nizhny Novgorod

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Приволжский исследовательский медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииРоссияPrivolzhsky Research Medical UniversityRussian FederationФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химии растворов им. Г.А. Крестова Российской академии наукРоссияG.A. Krestov Institute of Solution Chemistry of the Russian Academy of SciencesRussian FederationФедеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»РоссияNational Research Lobachevsky State University of Nizhny NovgorodRussian Federation202501072025142411Copyright © Квашнина Д.В., Широкова И.Ю., Белянина Н.А., Сырбу С.А., Лебедева Н.Ш., Боева Ж.В., Бурашникова А.А., Горшкова Е.Н., Раззоренова Е.А., Ковалишена О.В., Лазарев Д.К., 20252025Квашнина Д.В., Широкова И.Ю., Белянина Н.А., Сырбу С.А., Лебедева Н.Ш., Боева Ж.В., Бурашникова А.А., Горшкова Е.Н., Раззоренова Е.А., Ковалишена О.В., Лазарев Д.К.Kvashnina D.V., Shirokova I.Y., Belyanina N.A., Syrbu S.A., Lebedeva N.S., Boeva Z.V., Burashnikova A.A., Gorshkova E.N., Razzorenova E.A., Kovalishena O.V., Lazarev D.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.pdt-journal.com/jour/article/view/715

B ра6оте представлены результаты исследования по изучению накоплении трëх разных соединений водорастворимых несимметрич- ных катионных порфиринов 6актериями S. aureus, S. epidermidis, S. haemolyticus и E. faecalis с помощью проточной цитофлуориметрии и флуоресцентной микроскопии. Исследуемые микроорганизмы – вы6орка (n=4) изолятов из 6иоматериала (раневое отделяемое) от пациентов с раневыми инфекциями (ожоговая рана, трофическая язва, инфекция о6ласти хирургического вмешательства и др.). Тестируемые штаммы проявляли устойчивость к 1-7 анти6иотикам, два штамма 6ыли носителями гена mecA. Порфирины, содержащие на периферии порфиринового цикла гетероциклические фрагменты (остатки 6ензоксазола, N-метил 6ензимидазола и 6ензотиазола), в разной степени спосо6ны накапливаться в 6актериальных клетках: порфирин c N-метил 6ензимидазолом в 6ольшей степени про- никает в клетки 6актерий, и сигнал флуоресценции наи6ольшей интенсивности на6людается для S. aureus и E. faecalis после инку6ации с данным видом соединения. На6людается некоторая гетерогенность популяции 6актериальных клеток в отношении спосо6ности накапливать порфирины, доказано наличие лизиса 6актерий S. aureus после инку6ации с фотосенси6илизатором и последующей фотодинамической инактивацией под действием света. Полученные данные определяют перспективы для дальнейшего изучения соединений и определения их 6актерицидного потенциала.

The paper presents the results of a study on the accumulation of three dierent compounds of water-soluble asymmetric cationic porphyrins by the bacteria S. aureus, S. epidermidis, S. haemolyticus and E. faecalis using ow cytouorimetry and uorescence microscopy. The studied microorganisms were a sample (n=4) of isolates from biomaterial (wound discharge) from patients with wound infections (burn wound, trophic ulcer, infection of the surgical area, etc.). The tested strains showed resistance to 1-7 antibiotics, two strains were carriers of the mecA gene. Porphyrins containing heterocyclic fragments (benzoxazole, N-methyl benzimidazole, and benzothiazole residues) on the periphery of the porphyrin cycle can accumulate in bacterial cells to varying degrees: porphyrin with N-methyl benzimidazole penetrates bacteria to a greater extent, and the uorescence signal is most intense for S. aureus and E. faecalis after incubation with this species. connections. There is some heterogeneity in the bacterial cell population with respect to the ability to accumulate porphyrins, and the presence of bacterial lysis has been proven. S aureus after incubation with S-porphyrin and subsequent photodynamic inactivation under the inuence of light. The data obtained determine the prospects for further study of compounds and determination of their bactericidal potential.

антимикро6ная фотодинамическая инактивацияфотохимияпорфиринанти6иотикорезистентностьраневая ин- фекциянакоплениеantimicrobial photodynamic inactivationphotochemistryporphyrinantibiotic resistancewound infectionaccumulationThe study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 23-75-01087, https://rscf.ru/project/23-75-01087/.ReferencesWorld health statistics 2024: monitoring health for the SDGs, Sustainable Development Goals // Geneva: World Health Organization. – 2024. Licence: CC BY-NC-SA 3.0 IGO.World health statistics 2024: monitoring health for the SDGs, Sus- tainable Development Goals // Geneva: World Health Organization. – 2024. Licence: CC BY-NC-SA 3.0 IGO.European Centre for Disease Prevention and Control // Antimicrobial resistance in the EU/EEA (EARS-Net) – Annual Epidemiological Report 2023. Stockholm: ECDC. – 2024.European Centre for Disease Prevention and Control. Antimicrobial resistance in the EU/EEA (EARS-Net) – Annual Epidemiological Report, 2023. Stockholm: ECDC, 2024.Kharkwal G.B., Sharma S.K., Huang Y.Y., et al. Photodynamic therapy for infections: clinical applications // Lasers Surg Med. – 2011. – Vol. 43(7). – P. 755-67. https://doi.org/10.1002/lsm.21080.Kharkwal G.B., Sharma S.K., Huang Y.Y., et al. Photodynamic therapy for infections: clinical applications. Lasers Surg Med, 2011, Vol. 43(7), рр. 755-67. https://doi.org/10.1002/lsm.21080.Semyonov D.Yu., Vasil’ev Yu.L., Dydykin S.S. et al. Antimicrobial and antimycotic photodynamic therapy (review of literature) // Biomedical Photonics. – 2021. –Vol. 10(1). – P. 25-31. https://doi.org/10.24931/2413- 9432-2021-10-1-25-31Semyonov D.Yu., Vasil’ev Yu.L., Dydykin S.S. et al. Antimicrobial and antimycotic photodynamic therapy (review of literature). Biomedi- cal, 2021, Vol. 10(1), рр. 25-31. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2021-10-1-25-31Мишутина O. Л., Bолченкова Г.B., Ковалева Н.С. и др. Фотодинами- ческая терапия в стоматологии (о6зор литературы) // Смоленский медицинский альманах. – 2019. – №3. – С.102-111. – EDN: PMCRWJ.Mishutina O.L., Volchenkova G.V., Kovaleva N.S., et al. Photodynamic therapy in dentistry (literature review). Smolensk Medical Almanac, 2019, Vol. 3, рр. 102-111. (In Russian) – EDN PMCRWJ.Рисованная, O. Н. Фотодинамическая терапия – современные взгляды и новшества в стоматологии / O. Н. Рисованная, Т. Ш. Aн- дреасян // Медицинский алфавит. – 2024. – № 18. – С. 78-84. https:// doi.org/10.33667/2078-5631-2024-18-78-84Risovannaya O.N., Andreasyan T.Sh. Photodynamic therapy – mod- ern views and innwovations in dentistry. Medical alphabet, 2024, Vol. (18), рр. 78-84. (In Russian) https://doi.org/10.33667/2078- 5631-2024-18-78-84Morgado L.F., Travolo A.R.F., Muehlmann L.A., et al. Photodynamic Therapy treatment of onychomycosis with Aluminium-Phthalocyanine Chloride nanoemulsions: A proof of concept clinical trial // J Photochem Photobiol B. – 2017. – Vol. 173. – P. 266-270. https://doi.org/10.1016/j. jphotobiol.2017.06.010.Morgado L.F., Travolo A.R.F., Muehlmann L.A., et al. Photodynamic Therapy treatment of onychomycosis with Aluminium-Phthalo-cyanine Chloride nanoemulsions: A proof of concept clinical trial. J Photochem Photobiol B., 2017, Vol. 173, рр. 266-270. https://doi. org/10.1016/j.jphotobiol.2017.06.010.La Selva A., Negreiros R.M, Bezerra D.T., et al. Treatment of herpes labialis by photodynamic therapy: Study protocol clinical trial (SPIRIT compliant) // Medicine (Baltimore). – 2020. – P. 99 (12): e19500. https:// doi.org/10.1097/MD.0000000000019500.La Selva A., Negreiros R.M, Bezerra D.T., et al. Treatment of herpes labialis by photodynamic therapy: Study proto- col clinical trial (SPIRIT compliant). Medicine (Baltimore), 2020, Vol. 99 (12), рр. e19500. https://doi.org/10.1097/ MD.0000000000019500.Galinari C.B., Conrado P.C.V., Arita G.S., et al. Nanoencapsulated hypericin in P-123 associated with photodynamic therapy for the treatment of dermatophytosis. J Photochem Photobiol B. – 2021. – Vol. 215. – P. 112103. https://doi.org/10.1016/j. jphotobiol.2020.112103.Galinari C.B., Conrado P.C.V., Arita G.S., et al. Nanoencapsulated hypericin in P-123 associated with photodynamic therapy for the treatment of dermatophytosis. J Photochem Photobiol B., 2021, Vol. 215, рр. 112103. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2020.112103.Maldonado A.E., Osorio Peralta M.O., Moreno V.A., et al. Effectiveness of Photodynamic Therapy in Elimination of HPV-16 and HPV-18 Associated with CIN I in Mexican Women // Photochem Photobiol. – 2017. – Vol. 93(5). – P. 1269-1275. https://doi.org/10.1111/php.12769.Maldonado A.E., Osorio Peralta M.O., Moreno V.A., et al. Effec- tiveness of Photodynamic Therapy in Elimination of HPV-16 and HPV-18 Associated with CIN I in Mexican Women. Photochem Photobiol, 2017, Vol. 93(5), рр.1269-1275. https://doi.org/10.1111/ php.12769.Shanazarov N.A., Zinchenko S.V., Kisikova S.D., et al. Photodynamic therapy in the treatment of HPV-associated cervical cancer: mechanisms, challenges and future prospects // Biomedical Photonics. – 2024. – Vol. 13(1). – P. 47-55. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2023-13-1-47-55Shanazarov N.A., Zinchenko S.V., Kisikova S.D., et al. Photodynamic therapy in the treatment of HPV-associated cervical cancer: mecha- nisms, challenges and future prospects. Biomedical Photonics, 2024, Vol. 13(1), рр. 47-55. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2023-13-1-47-55Патент № 2820135 C1 Российская Федерация, МПК A61N 5/067, A61K 33/14, A61M 25/10. Спосо6 лечения 6ольных хроническим рецидивирующим 6актериальным циститом: № 2023122177: за- явл. 25.08.2023: опу6л. 29.05.2024 / Стрельцова O.С., Aнтонян A.Э., Седова E.С. [и др.]; заявитель федеральное государственное 6юд- жетное о6разовательное учреждение высшего о6разования «Приволжский исследовательский медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации.Streltsova O.S., Antonian A.E., Sedova E.S., et al. Method of treating patients with chronic recurrent bacterial cystitis. Patent RU2820135 C1. 29.05.2024. EDN ITHDET.Логунова E.B., Eгоров B.И., Наседкин A.Н и др. Использование ферментов с целью повышения эффективности антимикро6ной фотодинамической терапии 6ольных хроническим тонзиллитом // Bестник оториноларингологии. – 2016. – № 81(2). – С.44-48. https:// doi.org/10.17116/otorino201681244-48Logunova E.V., Egorov V.I., Nasedkin A.N., et al. The use of the enzymes for the enhancement of the effectiveness of antimicro- bial photodynamic treatment of the patients presenting with chronic tonsillitis. Russian Bulletin of Otorhinolaryngology, 2016, Vol. 81(2), рр. 44-48. (In Russian) https://doi.org/10.17116/oto- rino201681244-48Плавский B.Ю., Плавская Л.Г., Дудинова O.Н. и др. Эндогенные фотоакцепторы, сенси6илизирующие фото6иологические реак- ции в соматических клетках // Mурнал прикладной спек- троскопии. – 2023. – № 90(2). – С. 239-252. https://doi.org/10. 47612/0514-7506-2023-90-2-239-252Plavskii V.Y., Plavskaya L.G., Dudinova O.N., et al. Endogenous Photoacceptors Sensitizing Photobiological Reactions in Somatic Cells. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii, 2023, Vol. 90(2), рр. 239-252. (In Russian) https://doi.org/10.47612/0514-7506-2023-90-2- 239-252Guffey J.S, Payne W., Jones T., et al. Evidence of resistance development by Staphylococcus aureus to an in vitro, multiple stage application of 405 nm light from a supraluminous diode array // Photomed Laser Surg. – 2013. – Vol. 31. – P. 179-82. https://doi.org/10.1089/pho.2012.3450Guffey J.S, Payne W., Jones T., et al. Evidence of resistance develop- ment by Staphylococcus aureus to an in vitro, multiple stage ap- plication of 405 nm light from a supraluminous diode array. Pho- tomed Laser Surg, 2013, Vol. 31, рр. 179-82. https://doi.org/10.1089/ pho.2012.3450Amin R.M., Bhayana B., Hamblin M.R., et al. Antimicrobial blue light inactivation of Pseudomonas aeruginosa by photo-excitation of endogenous porphyrins: In vitro and in vivo studies // Lasers Surg Med. – 2016. – Vol. 48. – P. 562-568. https://doi.org/10.1002/lsm.22474Amin R.M., Bhayana B., Hamblin M.R., et al. Antimicrobial blue light inactivation of Pseudomonas aeruginosa by photo-excita- tion of endogenous porphyrins: In vitro and in vivo studies. La- sers Surg Med, 2016, Vol. 48, рр. 562-568. https://doi.org/10.1002/ lsm.22474Pieranski M., Sitkiewicz I., Grinholc M. Increased photoinactivation stress tolerance of Streptococcus agalactiae upon consecutive sublethal phototreatments // Free Radic Biol Med. – 2020. – Vol. 160. – P. 657-69. https://doi.org/10.1016/j.freeradbiomed.2020.09.003Pieranski M., Sitkiewicz I., Grinholc M. Increased photoinac- tivation stress tolerance of Streptococcus agalactiae upon consecutive sublethal phototreatments. Free Radic Biol Med, 2020, Vol. 160, рр. 657-69. https://doi.org/10.1016/j.freerad- biomed.2020.09.003Rapacka-Zdonczyk A., Wozniak A., Pieranski M., et al. Development of Staphylococcus aureus tolerance to antimicrobial photodynamic inactivation and antimicrobial blue light upon sub-lethal treatment // Sci Rep. – 2019. – Vol. 9. – P.1-18. https://doi.org/10.1038/s41598-019- 45962-xRapacka-Zdonczyk A., Wozniak A., Pieranski M., et al. Development of Staphylococcus aureus tolerance to antimicrobial photodynamic inactivation and antimicrobial blue light upon sub-lethal treatment. Sci Rep, 2019, Vol. 9, рр.1-18. https://doi.org/10.1038/s41598-019- 45962-xТиганова И.Г., Макарова E.A., Меерович Г.A. и др. Фотодинамиче- ская инактивация патогенных 6актерий в 6иопленках с исполь- зованием новых синтетических производных 6актериохлорина // Biomedical Photonics. – 2017. – Т. 6, № 4. – С. 27-36.Tiganova I.G., Makarova E.A., Meerovich G.A., et al. Photodynamic inactivation of pathogenic bacteria in biofilms using new synthetic bacteriochlorin derivatives. Biomedical Photonics, 2017, Vol. 6(4), рр. 27-36. (In Russian) https://doi.org/10.24931/2413-9432-2017-6-4-27-36Lebedeva N.S., Gubarev Y.A., Koifman M.O., et al. The Application of Porphyrins and Their Analogues for Inactivation of Viruses // Molecules. – 2020. – vol. 23. – no.25(19). – P. 4368. https://doi.org/10.3390/ molecules25194368.Lebedeva N.S., Gubarev Y.A., Koifman M.O., et al. The Application of Porphyrins and Their Analogues for Inactivation of Viruses. Mol- ecules, 2020, Vol. 2325(19), рр. 4368. https://doi.org/10.3390/mol- ecules25194368.Ле6едева Н.Ш., Койфман O.И. Супрамолекулярные системы на ос- нове макроциклических соединений с протеинами. Перспективы применения. // Биоорганическая химия. – 2022. – Vol. 48(1). – P. 3-31. https://doi.org/10.31857/S0132342322010079.Lebedeva N. Sh., Koifman O. I. Supramolecular Systems Based on Macrocyclic Compounds with Proteins. Application Prospects. J. Bioorg. Chem. 2022, Vol. 48(1), рр. 3-31. (In Russian) https://doi. org/10.1134/S1068162022010071Rapacka-Zdończyk A., Woźniak A., Michalska K., et al. Factors Determining the Susceptibility of Bacteria to Antibacterial Photodynamic Inactivation // Front Med (Lausanne). – 2021. – Vol. 8. – P. 642609. https://doi.org/10.3389/fmed.2021.642609.Rapacka-Zdończyk A., Woźniak A., Michalska K., et al. Factors Deter- mining the Susceptibility of Bacteria to Antibacterial Photodynamic Inactivation. Front Med (Lausanne), 2021, Vol. 8, рр. 642609. https:// doi.org/10.3389/fmed.2021.642609Киселев A.Н., Ле6едев М.A., Сыр6у С.A. и др. Синтез и исследование водорастворимых несимметричных катионных порфиринов как потенциальных фотоинактиваторов патогенов // Известия Aкаде- мии наук. Серия химическая. – 2022. – № 12. – С. 2691-2700.Kiselev A.N., Lebedev M.A., Syrbu S.A., et al. Synthesis and study of water-soluble asymmetric cationic porhyrins as potential photoin- activators of pathogens. Russian Chemical Bulletin. 2022, Vol. 12, рр. 2691-2700. (In Russian)Eвропейский комитет по определению чувствительности к анти- микро6ным препаратам. Та6лицы пограничных значений для ин- терпретации значений МПК и диаметров зон подавления роста. Bерсия 13.0, 2023. – URL: https://www.antibiotic.ru/library/eucast- eucast-clinical-breakpoints-bacteria-13-0-rus/ (дата о6ращения: 18.02.2024)The European Committee on Antimicrobial Susceptibility Testing. Breakpoint tables for interpretation of MICs and zone diameters. Version 13.0, 2023. http://www.eucast.org.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.