Preview

Biomedical Photonics

Расширенный поиск

Эффективность фотодинамической инактивации бактериальных биопленок с использованием экстракта куркумина, нанодоксициклина и лазерного диода

https://doi.org/10.24931/2413-9432-2020-9-4-4-14

Полный текст:

Аннотация

Биопленки обладают более высоким уровнем устойчивости к антибиотикам по сравнению с бактериями, поэтому необходима разработка новых подходов к лечению инфекционных заболевания, вызванных бактериальными биопленками. Одним из возможных методов лечения таких заболеваний является фотодинамическая терапия (ФДТ). В качестве фотосенсибилизаторов применяли куркумин и антибиотик нанодоксициклин. Провели сравнительное изучение эффективности фотодинамической терапии инфекций, в патогенезе которых участвовали Aggregatibacter actinomycetemcomitans, вызывающие пародонтит, с использованием двух указанных фотосенсибилизаторов. Биопленку A. actinomycetemcomitans выращивали на 96-луночном микропланшете в течение 72 ч инкубации. Образцы были разделены на три группы. В первой группе проводили обработку биопленок диодным лазером, во второй – 0,5%-ым экстрактом куркумы и диодным лазером, в третьей – 0,01%-ым раствором нанодоксициклина и и диодным лазером. Время воздействия составляло 30, 60, 90, 120 и 150 сек. Полученные данные были проанализированы с использованием теста ANOVA. Результаты анализа данных показали, что эффективность воздействия на биопленки значительно отличалась в группах с облучением диодным лазером, облучением диодным лазером с куркумином и облучением диодным лазером с нанодоксициклином. Режимы облучения диодным лазером при различных плотностях энергии 4,15; 8,28; 12,44; 16,59; и 20,73 Дж/см2 не показали существенного воздействия на бактериальную биопленку. Облучение диодным лазером (20,73 Дж/см2, время облучения 150 сек) привело к наибольшему уменьшению биопленки на 14,94%, облучение диодным лазером с куркумином – на 47,82%, облучение диодным лазером с нанодоксициклином – на 53,76%. Таким образом, ФДТ с использованием диодного лазера в сочетании с экзогенными фотосенсибилизаторами куркумином и нанодоксициклином показали свою эффективность в отношении бактериальных биопленок.

Об авторах

S. D. Astuti
Университет Аирлангга
Индонезия
Сурабая, Восточная Ява


A. F. Mahmud
Университет Аирлангга
Индонезия
Сурабая, Восточная Ява


A. P. Putra
Университет Аирлангга
Индонезия
Сурабая, Восточная Ява


E. M. Setiawatie
Университет Аирлангга
Индонезия
Сурабая, Восточная Ява


D. Arifianto
Университет Аирлангга
Индонезия
Сурабая, Восточная Ява


Список литературы

1. Badan Penelitian and Pengembangan, “RISET KESEHATAN DASAR”, 2013.

2. Cionca N., Use and Misuse of Systemic Antibiotics in Periodontitis Treatment, Oral Health Prev. Dent., 2017, vol. 15 (4), pp. 305–306.

3. Petersen P. E. and Ogawa H., The global burden of periodontal disease: towards integration with chronic disease prevention and control, 2012, vol. 60, pp. 15–39.

4. Akram Z. et al., Bactericidal Efficacy of Photodynamic Therapy against Periodontal Pathogens in Periodontal Disease: A Systematic Review, Photomed. Laser Surg., 2016, vol. 34 (4), pp. 137–149.

5. Akram Z., Hyder T., Al-Hamoudi N. et al., Efficacy of photodynamic therapy versus antibiotics as an adjunct to scaling and root planing in the treatment of periodontitis: A systematic review and meta-analysis, Photodiagnosis Photodyn. Ther., 2017, vol. 19, pp. 86–92.

6. Moslemi N. et al., Inactivation of Aggregatibacter actinomycetemcomitans by two different modalities of photodynamic therapy using Toluidine blue O or Radachlorin as photosensitizers: an in vitro study, Lasers Med. Sci., 2014, vol. 30 (1), pp. 89–94.

7. Periasamy S. and Kolenbrander P. E., Aggregatibacter actinomycetemcomitans builds mutualistic biofilm communities with Fusobacterium nucleatum and Veillonella species in saliva, Infect. Immun., 2009, vol. 77 (9), pp. 3542–3551.

8. de C. Goulart R. et al., Photodynamic Therapy in Planktonic and Biofilm Cultures of Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Photomed. Laser Surg., 2010, vol. 28 (S1), pp. 53–60.

9. de C. Goulart R., Thedei G., Souza S. L. S. et al., Comparative Study of Methylene Blue and Erythrosine Dyes Employed in Photodynamic Therapy for Inactivation of Planktonic and Biofilm-Cultivated Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Photomed. Laser Surg., 2010, vol. 28 (S1), pp. 85–90.

10. Alvarenga L. H. et al., Aggregatibacter actinomycetemcomitans biofilm can be inactivated by methylene blue-mediated photodynamic therapy, Photodiagnosis Photodyn. Ther., 2015, vol. 12 (1), pp. 131–135.

11. Astuti S. D., Ma’rifah Z. A., Fitriyah N. et al., The effectiveness of nano-doxycycline Activated by Diode Laser Exposure to Reduce S. aureus Biofilms: an in vitro Study, Proc. SPIE 10863, Photonic Diagnosis and Treatment of Infections and Inflammatory Disease II, 2019, 1086311.

12. Fyrestam J., Bjurshammar N., Paulsson E. et al., Influence of culture conditions on porphyrin production in Aggregatibacter actinomycetemcomitans and Porphyromonas gingivalis, Photodiagnosis Photodyn. Ther., 2017, vol. 17, pp. 115–123.

13. Kempa M. et al., Physicochemical properties of potential porphyrin photosensitizers for photodynamic therapy, Spectrochim. Acta – Part A Mol. Biomol. Spectrosc., 2015, vol. 146, pp. 249–254.

14. Setiawatie E. M., Astuti S. D., and Zaidan A. H., An in vitro Antimicrobial Photodynamic Therapy (aPDT) with Blue LEDs to Activate Chlorophylls of Alfalfa Medicago sativa L on Aggregatibacter actinomycetemcomitans,” J. Int. Dent. Med. Res., 2016, vol. 9 (2), pp. 118–125.

15. Astuti, SD., Mahmud A. F. et al., Antimicrobial photodynamic of blue LED for activation of curcumin extract (curcuma longa) on staphylococcus aureus bacteria, an in vitro study, IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series, 2018, vol. 1120, 012073.

16. Cellamare B. M., Fini P., Agostiano A. et al., Identification of ROS produced by photodynamic activity of chlorophyll/cyclodextrin inclusion complexes, Photochem. Photobiol., 2013, vol. 89 (2), pp. 432–441.

17. Setiawatie E. M., Lestari V. P., and Astuti S. D., Comparison of Antibacterial Efficacy of Photodynamic Therapy and Doxycycline on Aggregatibacter Actinomycetemcomitans, Afr J Infect Dis, 2018, vol. 12, pp. 95–103.

18. Astuti S. D., Drantantiyas N. D. G., Putra A. P. et al., Suhariningsih, Photodynamic effectiveness of laser diode combined with ozone to reduce Staphylococcus aureus biofilm with exogenous chlorophyll of Dracaena angustifolia leaves, Biomedical Photonic, 2019, vol.8 (2), pp. 4–13.

19. Chang G., Zhang H., Li S. et al., Effective photodynamic therapy of polymer hydrogel on tumor cells prepared using methylene blue sensitized mesoporous titania nanocrystal, Mater. Sci. Eng. C, 2019, vol. 99, pp. 1392–1398.

20. Sahne F., Mohammadi M., Najafpour G. D. et al., Extraction of Bioactive Compound Curcumin from Turmeric (Curcuma Longa L.) Via Different Routes: a Comparative Study,” J. Biotechnol, 2016, vol.13 (3), pp. 173–180

21. Saitawee D., Teerakapong A., Morales N. P., Jitprasertwong P., and Hormdee D., Photodynamic therapy of Curcuma longa extract stimulated with blue light against Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Photodiagnosis Photodyn. Ther., 2018, vol. 22, pp. 101–105.

22. Martinez-Correa H. A. et al., Composition and antimalarial activity of extracts of Curcuma longa L. obtained by a combination of extraction processes using supercritical CO2, ethanol and water as solvents, J. Supercrit. Fluids, 2017, vol. 119, pp. 122–129.

23. Astuti SD., Mawaddah A., Nasution AM. et al., Abdurachman, Puspita PS and Suhariningsih. Effectiveness of Photodynamic Inactivation with Exogenous Photosensitizer Curcuma longa Extract Activated by Laser Diode 403 nm on Staphylococcus aureus, J. Int. Dent. Med. Res, 2020, vol. 13 (1), pp. 155–-161.

24. Skidmore R., Kovach R., Walker C. et al., Effects of Subantimicrobial-Dose Doxycycline in the Treatment of Moderate Acne, Arch Dermatol, 2003, vol. 139, pp. 459–464.

25. Paschoal M. A., Tonon C. C., Spolidório D. M. P. et al., Photodynamic potential of curcumin and blue LED against Streptococcus mutans in a planktonic culture, Photodiagnosis Photodyn. Ther., 2013, vol. 10 (3), pp. 313–319.

26. Caccianiga G., Baldoni M., Ghisalberti C. A. et al., Preliminary In Vitro Study on the Efficacy of High-Power Photodynamic Therapy (HLLT): Comparison between Pulsed Diode Lasers and Superpulsed Diode Lasers and Impact of Hydrogen Peroxide with Controlled Stabilization, Biomed Res. Int., 2016.

27. Asnaashari M., Mojahedi S. M., Asadi Z., et al., A comparison of the antibacterial activity of the two methods of photodynamic therapy (using diode laser 810 nm and LED lamp 630 nm) against Enterococcus faecalis in extracted human anterior teeth, Photodiagnosis Photodyn. Ther., 2016, vol. 13, pp. 233–237.

28. Kaplan J. B., Meyenhofer M. F., and Fine D. H., Biofilm Growth and Detachment of Actinobacillus actinomycetemcomitans, 2003, vol. 185 (4), pp. 1399–1404.

29. Paulucci V. P., Couto R. O., Teixeira C. C. et al., Optimization of the extraction of curcumin from Curcuma longa rhizomes, Brazilian J. Pharmacogn., 2013, vol. 23 (1), pp. 94–100.

30. Carolina M., Gregorio J., Iturriaga L. et al., Microencapsulation of betalains obtained from cactus fruit (Opuntia ficus-indica) by spray drying using cactus cladode mucilage and maltodextrin as encapsulating agents, 2015, vol. 187, pp. 174–181.

31. Niemz M. H., Laser-Tissue Interactions, Fundamentals and Applications, Third Enlarged Edition, 3rd ed. Heidelberg: Springer-Verlag, 2007.

32. Grossweiner L. I., Grossweiner J. B., Gerald Rogers B. H. et al., The science of phototherapy: An introduction, 2005.

33. Awad M. M., Tovmasyan A., Craik J. D. et al., Important cellular targets for antimicrobial photodynamic therapy, Appl. Microbiol. Biotechnol., 2016, vol. 100 (17), pp. 7679–7688.

34. Astuti S. D., Widya I. W., Arifianto D. et al., Effectiveness Photodynamic Inactivation with Wide Spectrum Range of Diode Laser to Staphylococcus aureus Bacteria with Endogenous Photosensitizer: An in vitro Study, J. Int. Dent. Med. Res, 2019, vol. 12 (2), pp. 481–486.

35. Sunarko S. A., Ekasari W., Astuti S. D., Antimicrobial effect of Pleomele angustifolia pheophytin A activation with diode laser to Streptococcus mutans, Journal of Physics: Conference Series, 2017, vol. 85 (12038).

36. Hamblin M.R and Abrahamse H, Tetracyclines: Light-Activated Antibiotic, Future Medisinal Chemistry, 2019, vol. 11 (18), pp. 2427–2444.

37. Stewart P. S., Mechanisms of antibiotic resistance in bacterial biofilms, 2002, vol. 113, pp. 107–113.

38. Rodrigues R. M., Gonçalves C., Souto R. et al., Antibiotic resistance profile of the subgingival microbiota following systemic or local tetracycline therapy, 2004, pp. 420–427.

39. Astuti SD, Rulaningtyas R., Putra A. P. et al., The efficacy of photodynamic inactivation with laser diode on Staphylococcus aureus biofilm with various ages of biofilm, Infectious Disease Reports, 2020, vol. 12 (s1),8736, pp. 68–74.


Для цитирования:


Astuti S.D., Mahmud A.F., Putra A.P., Setiawatie E.M., Arifianto D. Эффективность фотодинамической инактивации бактериальных биопленок с использованием экстракта куркумина, нанодоксициклина и лазерного диода. Biomedical Photonics. 2020;9(4):4-14. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2020-9-4-4-14

For citation:


Astuti S.D., Mahmud A.F., Putra A.P., Setiawatie E.M., Arifianto D. Effectiveness of bacterial biofilms photodynamic inactivation mediated by curcumin extract, nanodoxycycline and laser diode. Biomedical Photonics. 2020;9(4):4-14. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2020-9-4-4-14

Просмотров: 235


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2413-9432 (Print)