RU2781892C1 - Method for photodynamic inactivation of gram-negative pathogenic microorganisms - Google Patents
Method for photodynamic inactivation of gram-negative pathogenic microorganisms Download PDFInfo
- Publication number
- RU2781892C1 RU2781892C1 RU2021132808A RU2021132808A RU2781892C1 RU 2781892 C1 RU2781892 C1 RU 2781892C1 RU 2021132808 A RU2021132808 A RU 2021132808A RU 2021132808 A RU2021132808 A RU 2021132808A RU 2781892 C1 RU2781892 C1 RU 2781892C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gram
- photosensitizer
- microorganisms
- photodynamic inactivation
- negative
- Prior art date
Links
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 244000052616 bacterial pathogens Species 0.000 title claims abstract description 10
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 claims abstract description 29
- 244000005706 microflora Species 0.000 claims abstract description 12
- 230000003115 biocidal Effects 0.000 claims abstract description 11
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N edta Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229940005550 Sodium alginate Drugs 0.000 claims abstract description 5
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 5
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N disodium Chemical class [Na][Na] QXNVGIXVLWOKEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000002736 nonionic surfactant Substances 0.000 claims abstract description 4
- MSXHSNHNTORCAW-UHFFFAOYSA-M sodium 3,4,5,6-tetrahydroxyoxane-2-carboxylate Chemical compound [Na+].OC1OC(C([O-])=O)C(O)C(O)C1O MSXHSNHNTORCAW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 4
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 claims abstract description 3
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 5
- 150000004035 chlorins Chemical class 0.000 claims description 4
- 229940079593 drugs Drugs 0.000 claims description 3
- WGSLWEXCQQBACX-UHFFFAOYSA-N Chlorin Chemical compound C=1C(C=C2)=NC2=CC(C=C2)=NC2=CC(C=C2)=NC2=CC2=NC=1CC2 WGSLWEXCQQBACX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 abstract description 19
- 230000001717 pathogenic Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 200000000019 wound Diseases 0.000 description 9
- 210000003491 Skin Anatomy 0.000 description 6
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 5
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 5
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 4
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 3
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 3
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 3
- 230000000845 anti-microbial Effects 0.000 description 3
- 239000004599 antimicrobial Substances 0.000 description 3
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 3
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 3
- 238000002428 photodynamic therapy Methods 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 210000000245 Forearm Anatomy 0.000 description 2
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 2
- 206010068760 Ulcers Diseases 0.000 description 2
- 230000000844 anti-bacterial Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 239000000560 biocompatible material Substances 0.000 description 2
- 239000002158 endotoxin Substances 0.000 description 2
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating Effects 0.000 description 2
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 2
- 244000052769 pathogens Species 0.000 description 2
- 231100000018 phototoxicity Toxicity 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 2
- 230000001228 trophic Effects 0.000 description 2
- 231100000397 ulcer Toxicity 0.000 description 2
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 241000192125 Firmicutes Species 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N Phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 1
- 241000589517 Pseudomonas aeruginosa Species 0.000 description 1
- 229940055023 Pseudomonas aeruginosa Drugs 0.000 description 1
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 1
- BPICBUSOMSTKRF-UHFFFAOYSA-N Xylazine Chemical compound CC1=CC=CC(C)=C1NC1=NCCCS1 BPICBUSOMSTKRF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MPJGFDUNKYERDK-UHFFFAOYSA-M [Al]O Chemical class [Al]O MPJGFDUNKYERDK-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 235000015278 beef Nutrition 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- -1 cationic zinc complexes Chemical class 0.000 description 1
- 230000001332 colony forming Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N iodine atom Chemical group [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000636 lethal dose Toxicity 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000000813 microbial Effects 0.000 description 1
- 230000002085 persistent Effects 0.000 description 1
- 238000006552 photochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 1
- 235000010482 polyoxyethylene sorbitan monooleate Nutrition 0.000 description 1
- 229920000053 polysorbate 80 Polymers 0.000 description 1
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 1
- 239000003642 reactive oxygen metabolite Substances 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к микробиологии и фармацевтической химии и предназначено для фотодинамической инактивации граморицательных патогенных микроорганизмов, в том числе антибиотикорезистентной внутрибольничной микрофлоры, с использованием фотосенсибилизатора.The invention relates to microbiology and pharmaceutical chemistry and is intended for photodynamic inactivation of Gram-negative pathogenic microorganisms, including antibiotic-resistant nosocomial microflora, using a photosensitizer.
Антимикробная фотодинамическая терапия (АФДТ) представляет собой альтернативу привычным методам борьбы с патогенной микрофлорой, а также может быть использована, как эффективное дополнение к антибиотикотерапии. АФДТ представляет собой принципиально новую и отличную от антибиотикотерапии стратегию инактивации патогенной микрофлоры, основанную на селективном накоплении в микробных клетках окрашенных веществ - фотосенсибилизаторов (ФС). Эти вещества при воздействии видимого света определенной длины волны и соответствующей мощности генерируют активные формы кислорода, что позволяет проводить фотодинамическую инактивацию микроорганизмов путем запуска каскада фотохимических реакций.Antimicrobial photodynamic therapy (APDT) is an alternative to the usual methods of combating pathogenic microflora, and can also be used as an effective addition to antibiotic therapy. APDT is a fundamentally new and different from antibiotic therapy strategy for inactivation of pathogenic microflora, based on the selective accumulation of colored substances - photosensitizers (PS) in microbial cells. These substances, when exposed to visible light of a certain wavelength and corresponding power, generate reactive oxygen species, which makes it possible to carry out photodynamic inactivation of microorganisms by triggering a cascade of photochemical reactions.
Введенные в клиническую практику для лечения опухолей нейтральные и анионные макрогетероциклические ФС на основе порфиринов, хлоринов и фталоцианинов эффективны при фотодинамической инактивации в основном грамположительных микроорганизмов, однако грамотрицательные бактерии, имеющие внешнюю липополисахаридную мембрану, обычно оказываются малочувствительными к АФДТ.Neutral and anionic macroheterocyclic PSs based on porphyrins, chlorins, and phthalocyanines, introduced into clinical practice for the treatment of tumors, are effective in photodynamic inactivation of mainly gram-positive microorganisms; however, gram-negative bacteria with an outer lipopolysaccharide membrane usually turn out to be insensitive to APDT.
Известно использование фотосенсибилизатора «Фотосенс» на основе сульфированного фталоцианина гидроксиалюминия для проведения АФДТ инфицированных ран и трофических язв с устойчивой к антибиотикам микрофлорой [Stranadko Е.Р., Tolstykh М.Р., Riabov M.V., Krivikhin D.V. (2003) Photodynamic therapy of persistent purulent wounds and trophic ulcers of lower extremeties. DC World Congress of the International Photodynamic Association. Abstracts. Miyazaki, P. 28].It is known to use the Photosens photosensitizer based on sulfonated hydroxyaluminum phthalocyanine for APDT of infected wounds and trophic ulcers with antibiotic-resistant microflora [Stranadko E.R., Tolstykh M.R., Riabov M.V., Krivikhin D.V. (2003) Photodynamic therapy of persistent purulent wounds and trophic ulcers of lower extremeties. DC World Congress of the International Photodynamic Association. abstracts. Miyazaki, P. 28].
Однако анионный характер предлагаемого ФС не позволяет эффективно проводить фотодинамическую инактивацию грамотрицательных бактерий.However, the anionic nature of the proposed PS does not allow effective photodynamic inactivation of Gram-negative bacteria.
Описано использование нейтральных и катионных цинковых комплексов фталоцианинов для фотодинамической инактивации Грам (-) микрооргазмов in vitro. Показано, что наличие катионных групп в молекуле ФС позволяет на несколько порядков уменьшить число колониеобразующих единиц кишечной палочки (КОЕ) [Scalise I, Durantini EN. Synthesis, properties, and photodynamic inactivation of escheric.iia coli using a cationic and a non-charged zn(ii) pyridyloxyphthalocyanine derivatives. Bioorg Med Chem 2005. 13. P. 3037-3045].The use of neutral and cationic zinc complexes of phthalocyanines for photodynamic inactivation of Gram (-) microorgasms in vitro is described. It has been shown that the presence of cationic groups in the PS molecule makes it possible to reduce the number of colony-forming units of Escherichia coli (CFU) by several orders of magnitude [Scalise I, Durantini EN. Synthesis, properties, and photodynamic inactivation of escheric.iia coli using a cationic and a non-charged zn(ii) pyridyloxyphthalocyanine derivatives. Bioorg Med Chem 2005. 13. P. 3037-3045].
Однако использованные ФС не позволяют провести полную инактивацию патогенной микрофлоры и, кроме того, обладают заметной остаточной фототоксичностью.However, the PSs used do not allow complete inactivation of pathogenic microflora and, in addition, have a noticeable residual phototoxicity.
Известно использование малотоксичных производных хлорина е6 (нейтральной, анионной и катионных форм) в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий in vitro [Drulis-Kawa Z, Bednarkiewicz A, Bugla G, Strek W, Doroszkiewicz W. // Adv Clin Exp Med 2006; 15(2). P. 279-83; Karygianni L, Ruf S, Folio M, Hellwig E, Bucher M, Anderson AC, Vach K, Al-Ahmad A. // Appl Environ Microbiol 2014; 80: 7324-7336; Mesquita MQ, Menezes JC, Neves MG, Tome AC, Cavaleiro JA, Cunha A, Almeida A, Hackbarth S, Roder B, Faustino MA. // Bioorg Med Chem Lett 2014; 24: 808-812; Kustov A.V, Belykh DV, Smimova NL, Venediktov EA, Kudayarova TV, Kruchin SO, Khudyaeva IS, Berezin DB. // Dyes & Pigments. 2018; 149: 553-559]. Несмотря на успешную фотоинактивацию Грам (+) патогенов, в отношении грамотрицательных микроорганизмов фотодинамическая инактивация оказалась недостаточно эффективной. Кроме того, все исследования проводились in vitro в отношении планктонных форм микроорганизмов.It is known to use low-toxic derivatives of chlorin e 6 (neutral, anionic and cationic forms) against gram-negative and gram-positive bacteria in vitro [Drulis-Kawa Z, Bednarkiewicz A, Bugla G, Strek W, Doroszkiewicz W. // Adv Clin Exp Med 2006; 15(2). P. 279-83; Karygianni L, Ruf S, Folio M, Hellwig E, Bucher M, Anderson AC, Vach K, Al-Ahmad A. // Appl Environ Microbiol 2014; 80: 7324-7336; Mesquita MQ, Menezes JC, Neves MG, Tome AC, Cavaleiro JA, Cunha A, Almeida A, Hackbarth S, Roder B, Faustino MA. // Bioorg Med Chem Lett 2014; 24:808-812; Kustov AV, Belykh DV, Smimova NL, Venediktov EA, Kudayarova TV, Kruchin SO, Khudyaeva IS, Berezin DB. // Dyes & Pigments. 2018; 149: 553-559]. Despite the successful photoinactivation of Gram (+) pathogens, against Gram-negative microorganisms, photodynamic inactivation was not effective enough. In addition, all studies were carried out in vitro in relation to planktonic forms of microorganisms.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является проведение фотодинамической инактивации микроорганизмов in vivo фотосенсибилизатором «Фотодитазин», который был использован для лечения длительно не заживающих ран, содержавших смешанную микрофлору, представленную как грамположительными, так и грамотрицательными бактериями [Гейниц А.В., Толстых П.И., Дербенев В.А. и др. Фотодинамическая терапия гнойных и длительно не заживающих ран. Пособие для врачей. М., 2004. 15 с.]. Оказалось, что после облучения уровень обсемененности снижался на два порядка с 107 до 105 КОЕ, однако фотоинактивации грамотрицательной микрофлоры отмечено не было.The closest in terms of essential features to the claimed invention is carrying out photodynamic inactivation of microorganisms in vivo with the photosensitizer "Photoditazin", which was used to treat long-term non-healing wounds containing a mixed microflora, represented by both gram-positive and gram-negative bacteria [Geynits A.V., Tolstykh P.I., Derbenev V.A. and others. Photodynamic therapy of purulent and long-term non-healing wounds. A guide for doctors. M., 2004. 15 p.]. It turned out that after irradiation, the level of contamination decreased by two orders of magnitude from 10 7 to 10 5 CFU, however, no photoinactivation of gram-negative microflora was noted.
Техническим результатом изобретения является уничтожение грамотрицательных патогенных микроорганизмов in vivo, в том числе антибиотикорезистентной внутрибольничной микрофлоры, путем проведения их фотодинамической инактивации.The technical result of the invention is the destruction of gram-negative pathogenic microorganisms in vivo, including antibiotic-resistant nosocomial microflora, by carrying out their photodynamic inactivation.
Указанный результат достигается тем, что в способе фотодинамической инактивации грамотрицательных патогенных микроорганизмов in vivo, заключающемся в воздействии на них фотосенсибилизатора на основе хлорина е6, согласно изобретению, в качеств фотосенсибилизатора используют препарат на основе монокатионного производного хлорина е6:This result is achieved by the fact that in the method of photodynamic inactivation of gram-negative pathogenic microorganisms in vivo, which consists in exposing them to a photosensitizer based on chlorin e 6 , according to the invention, a drug based on a monocationic derivative of chlorin e 6 is used as a photosensitizer:
путем внесения в очаг воспаления его композиции с концентрацией фотосенсибилизатора 0,0035 моль/кг, содержащей 1 мас. % неионогенного ПАВ Твин 80 в качестве носителя, 0,1 мас. % динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (Na2H2Edta), 10 мас. % глицерина, 2 мас. % диметилсульфоксида и 1 мас. % альгината натрия, и облучения красным светом с длиной волны λ=660 нм и плотностью световой энергии 80 Дж/см2.by introducing into the inflammation focus its composition with a photosensitizer concentration of 0.0035 mol/kg, containing 1 wt. % nonionic surfactant Twin 80 as a carrier, 0.1 wt. % disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (Na 2 H 2 Edta), 10 wt. % glycerol, 2 wt. % dimethyl sulfoxide and 1 wt. % sodium alginate, and irradiation with red light with a wavelength of λ=660 nm and a light energy density of 80 j/cm 2 .
Технический результат достигается за счет того, что используемый фотосенсибилизатор способен к эффективной фотодинамической инактивации грамотрицательных микроорганизмов in vivo путем реализации следующих преимуществ:The technical result is achieved due to the fact that the photosensitizer used is capable of effective photodynamic inactivation of gram-negative microorganisms in vivo by realizing the following advantages:
1) наличие в структуре молекулы ФС 1 одной катионной группы позволяет обеспечить необходимую растворимость в водных растворах при достаточно высоком сродстве к липофильному окружению, в том числе к внешней мембране грамотрицательных бактерий;1) the presence of one cationic group in the structure of the PS1 molecule makes it possible to provide the necessary solubility in aqueous solutions with a sufficiently high affinity for the lipophilic environment, including the outer membrane of gram-negative bacteria;
2) наличие атома йода в структуре молекулы ФС 1 потенциально увеличивает фототоксичность в отношении патогенной микрофлоры путем продукции реактивных иодид-радикалов в процессе фотоинактивации;2) the presence of an iodine atom in the structure of the PS 1 molecule potentially increases phototoxicity with respect to pathogenic microflora through the production of reactive iodide radicals during photoinactivation;
3) использование Твин 80 в качестве носителя и Na2H2Edta позволяет увеличить агрегативную устойчивость фотосенсибилизатора в водных растворах, повысить фотостабильность молекул ФС и дестабилизировать внешнюю липополисахаридную мембрану грамотрицательных бактерий.3) the use of Tween 80 as a carrier and Na 2 H 2 Edta makes it possible to increase the aggregative stability of the photosensitizer in aqueous solutions, increase the photostability of PS molecules, and destabilize the outer lipopolysaccharide membrane of Gram-negative bacteria.
Предлагаемое изобретение может быть использовано для проведения фотодинамической инактивации грамотрицательных микроорганизмов in vivo, включая антибиотикорезистентную внутрибольничную патогенную микрофлору.The present invention can be used to carry out photodynamic inactivation of gram-negative microorganisms in vivo, including antibiotic-resistant nosocomial pathogens.
Для реализации фотодинамической инактивации с ФС 1 используют следующие вещества и устройства:To implement photodynamic inactivation with PS 1, the following substances and devices are used:
- фотосенсибилизатор;- photosensitizer;
- бидистиллированная вода;- bidistilled water;
- Твин 80 (Panreac, >98%);- Twin 80 (Panreac, >98%);
- глицерин (Panreac, >98%);- glycerin (Panreac, >98%);
- Na2H2Edta 2 Н2O (Panreac, >99%);- Na 2 H 2 Edta 2 H 2 O (Panreac, >99%);
- диметилсульфоксид (Panreac, >99%);- dimethyl sulfoxide (Panreac, >99%);
- альгинат натрия (Aldrich, Pharm. sec. standard);- sodium alginate (Aldrich, Pharm. sec. standard);
- диодный лазер или светодиодная панель с длиной волны 660 нм (ООО «Эломед» (Москва), ЗАО БМЦ (Минск)).- diode laser or LED panel with a wavelength of 660 nm (Elomed LLC (Moscow), BMC CJSC (Minsk)).
Фотоинактивация патогенных микроорганизмов реализуется путем внесения в очаг воспаления композиции с концентрацией фотосенсибилизатора 0,0035 моль/кг, содержащей 1 мас. % неионогенного ПАВ Твин 80 в качестве носителя, 0,1 мас. % динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты (Na2H2Edta), 10 мас. % глицерина, 2 мас. % диметилсульфоксида и 1 мас. % альгината натрия, и облучения красным светом с длиной волны λ=660 нм и плотностью световой энергии 80 Дж/см2.Photoinactivation of pathogenic microorganisms is realized by introducing a composition with a photosensitizer concentration of 0.0035 mol/kg, containing 1 wt. % nonionic surfactant Twin 80 as a carrier, 0.1 wt. % disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (Na 2 H 2 Edta), 10 wt. % glycerol, 2 wt. % dimethyl sulfoxide and 1 wt. % sodium alginate, and irradiation with red light with a wavelength of λ=660 nm and a light energy density of 80 j/cm 2 .
Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения изобретенияInformation confirming the possibility of reproducing the invention
Способ был апробирован путем фотодинамической инактивации грамотрицательных внутрибольничных антибиотикорезистентных микроорганизмов с помощью ФС 1 in vivo.The method was tested by photodynamic inactivation of gram-negative nosocomial antibiotic-resistant microorganisms using PS 1 in vivo.
Суточные культуры тест-штаммов микроорганизмов на скошенном мясопептонном агаре смывали физиологическим раствором и доводили до концентрации 109 КОЕ в 1 мл. Посевную дозу 108 клеток в 1 мл готовили из исходной стандартной взвеси разведением. При моделировании инактивации in vivo 0,1 мл раствора с тест-культурой микроорганизмов (108 КОЕ/мл) наносилось на область ожога, полученного на спине лабораторных крыс женского пола породы Wistar или путем нанесения суспензии микроорганизмов на предплечье у добровольцев. Все работы проводились в специализированной лаборатории Ивановской государственной медицинской академии и были одобрены этическим комитетом ИвГМА (ЭК 2017.25.10).Daily cultures of test strains of microorganisms on beveled beef agar were washed off with saline and adjusted to a concentration of 10 9 CFU per 1 ml. A seed dose of 10 8 cells per 1 ml was prepared from the original standard suspension by dilution. In an in vivo inactivation model, 0.1 ml of a microorganism test culture solution (10 8 cfu/ml) was applied to the burn area obtained on the back of Wistar female laboratory rats or by applying a suspension of microorganisms to the forearm of volunteers. All work was carried out in a specialized laboratory of the Ivanovo State Medical Academy and was approved by the ethics committee of IvGMA (EC 2017.25.10).
Непосредственно перед проведением исследований лабораторные животные погружались в глубокий сон путем инъекции смеси препаратов Zoletil 100 (Virbac Sante Animale) and Rometar (Bioveta). После этого поверхность спины животных подвергалась эпиляции и далее специальным устройством, разогретым до температуры 220-230°С, осуществлялось несколько круговых ожогов радиусом 1 см, на каждый из которых через 5 минут наносилось 0,1 мл суспензии с культурой микроорганизмов. Через 20 минут на область каждого ожога наносилась композиция, с концентрацией ФС 0.0035 моль/кг и еще через 20-25 минут проводился сеанс антимикробной ФДТ путем облучения поверхности красным светом. По окончании сеанса биоматериал с каждого ожога собирался стерильным тампоном, начиная от центра к краю раневой поверхности, и высевался на соответствующие питательные среды. После окончания эксперимента находящимся в состоянии сна животным вводилась летальная доза указанных выше препаратов, после чего они утилизировались в установленном порядке.Immediately prior to testing, laboratory animals were put into deep sleep by injection of a mixture of Zoletil 100 (Virbac Sante Animale) and Rometar (Bioveta). After that, the surface of the back of the animals was subjected to epilation, and then with a special device, heated to a temperature of 220-230 ° C, several circular burns with a radius of 1 cm were carried out, each of which 0.1 ml of a suspension with a culture of microorganisms was applied after 5 minutes. After 20 minutes, a composition was applied to the area of each burn, with a PS concentration of 0.0035 mol/kg, and after another 20-25 minutes, an antimicrobial PDT session was performed by irradiating the surface with red light. At the end of the session, the biomaterial from each burn was collected with a sterile swab, starting from the center to the edge of the wound surface, and sown on the appropriate nutrient media. After the end of the experiment, the sleeping animals were injected with a lethal dose of the above drugs, after which they were disposed of in the prescribed manner.
При проведении фотоинактивации грамотрицательных микроорганизмов на поверхности кожи добровольцев, 0,1 мл раствора с тест-культурой микроорганизмов (108 КОЕ/мл) наносилось на область предплечья площадью ~4 см2. Через 20 минут на нее наносилась композиция ФС, и еще через 20-25 минут проводился сеанс антимикробной ФДТ путем облучения поверхности красным светом с длиной волны 660 нм. По окончании сеанса биоматериал с каждой области нанесения собирался стерильным тампоном, начиная от центра к краю раневой поверхности, и высевался на соответствующие питательные среды. Затем поверхность кожи смывалась и обрабатывалась антимикробным средством.When carrying out photoinactivation of gram-negative microorganisms on the surface of the skin of volunteers, 0.1 ml of a solution with a test culture of microorganisms (10 8 CFU/ml) was applied to the area of the forearm with an area of ~4 cm 2 . After 20 minutes, the FS composition was applied to it, and after another 20-25 minutes, an antimicrobial PDT session was performed by irradiating the surface with red light with a wavelength of 660 nm. At the end of the session, the biomaterial from each area of application was collected with a sterile swab, starting from the center to the edge of the wound surface, and sown on the appropriate nutrient media. The skin surface was then washed off and treated with an antimicrobial agent.
Результаты испытаний in vivo с заявленным ФС при фотоинактивации внутрибольничных антибиотикорезистентных грамотрицательных бактерий Pseudomonas aeroginosa и Е. coli у лабораторных животных в модели ожоговой раны и у добровольцев при нанесении на кожу приведены в таблице.The results of in vivo tests with the claimed PS during photoinactivation of nosocomial antibiotic-resistant Gram-negative bacteria Pseudomonas aeroginosa and E. coli in laboratory animals in a model of a burn wound and in volunteers when applied to the skin are shown in the table.
Как видно из таблицы, облучение ожоговой поверхности с дозой световой энергии 80 Дж/см2 без ФС 1 (контроль) снижает количество микроорганизмов на поверхности раны более чем на полтора порядка, указывая на наличие остаточного бактерицидного эффекта кожи у лабораторных животных. Использование ФС 1 позволяет полностью инактивировать патогенный микроорганизм Pseudomonas aeruginosa и почти на два порядка уменьшить число КОЕ у Е. coli за один сеанс ФДТ.As can be seen from the table, irradiation of the burn surface with a dose of light energy of 80 J/cm2 without PS 1 (control) reduces the number of microorganisms on the wound surface by more than one and a half orders of magnitude, indicating the presence of a residual bactericidal effect of the skin in laboratory animals. The use of PS 1 makes it possible to completely inactivate the pathogenic microorganism Pseudomonas aeruginosa and reduce the number of CFUs in E. coli by almost two orders of magnitude in a single PDT session.
Исследования фотоинактивации микроорганизмов с поверхности кожи добровольцев показали, что облучение поверхности с дозой световой энергии 80 Дж/см2 без ФС 1 (контроль) снижает количество микроорганизмов на поверхности раны более чем на три порядка, указывая на наличие существенного бактерицидного эффекта кожи. Использование ФС 1 позволяет полностью инактивировать оба патогенных микроорганизма. Из приведенных в таблице данных можно сделать вывод о высокой эффективности инактивации Грам (-) микроорганизмов in vivo.Studies of photoinactivation of microorganisms from the surface of the skin of volunteers showed that surface irradiation with a dose of light energy of 80 J/cm2 without PS 1 (control) reduces the number of microorganisms on the wound surface by more than three orders of magnitude, indicating a significant bactericidal effect of the skin. The use of PS 1 makes it possible to completely inactivate both pathogenic microorganisms. From the data in the table, we can conclude that the inactivation of Gram (-) microorganisms in vivo is highly effective.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2781892C1 true RU2781892C1 (en) | 2022-10-19 |
Family
ID=
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8198432B2 (en) * | 2005-02-25 | 2012-06-12 | Health Research, Inc. | Porphyrin-based compounds for tumor imaging and photodynamic therapy |
RU2565450C1 (en) * | 2014-07-15 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) | Cationic purpurinimide having antibacterial activity and using same for photodynamic inactivation of bacterial biofilms |
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8198432B2 (en) * | 2005-02-25 | 2012-06-12 | Health Research, Inc. | Porphyrin-based compounds for tumor imaging and photodynamic therapy |
RU2565450C1 (en) * | 2014-07-15 | 2015-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) | Cationic purpurinimide having antibacterial activity and using same for photodynamic inactivation of bacterial biofilms |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Kustov, Andrey V. И др. "Synthesis and investigation of water-soluble chlorophyll pigments for antimicrobial photodynamic therapy", Dyes and Pigments, 2018, 149, с.553-559. D. B. Berezin и др.: "The behavior of monocationic chlorin in water and aqueous solutions of non-ionic surfactant Tween 80 and potassium iodide", Journal of Molecular Liquids, 2019, 283, с.532-536. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mahmoudi et al. | Antimicrobial photodynamic therapy: an effective alternative approach to control bacterial infections | |
Sobotta et al. | Porphyrinoid photosensitizers mediated photodynamic inactivation against bacteria | |
Hamblin et al. | Can light‐based approaches overcome antimicrobial resistance? | |
Omar et al. | Lethal photosensitization of wound-associated microbes using indocyanine green and near-infrared light | |
Cassidy et al. | Drug delivery strategies for photodynamic antimicrobial chemotherapy: from benchtop to clinical practice | |
EP1392666B1 (en) | Biologically active methylene blue derivatives | |
Hamblin et al. | Photodynamic inactivation of microbial pathogens: medical and environmental applications | |
Craig et al. | Photosensitisers–the progression from photodynamic therapy to anti-infective surfaces | |
KR101810148B1 (en) | Combination of an oxidant and a photoactivator for the healing of wounds | |
Caminos et al. | Photodynamic inactivation of Escherichia coli by novel meso-substituted porphyrins by 4-(3-N, N, N-trimethylammoniumpropoxy) phenyl and 4-(trifluoromethyl) phenyl groups | |
Kranz et al. | Photodynamic suppression of Enterococcus faecalis using the photosensitizer mTHPC | |
Branco et al. | Single and combined effects of photodynamic therapy and antibiotics to inactivate Staphylococcus aureus on skin | |
Durantini | Photodynamic inactivation of bacteria | |
Kawczyk-Krupka et al. | Photodynamic therapy as an alternative to antibiotic therapy for the treatment of infected leg ulcers | |
Wardlaw et al. | Photodynamic therapy against common bacteria causing wound and skin infections | |
Alvarenga et al. | Aggregatibacter actinomycetemcomitans biofilm can be inactivated by methylene blue-mediated photodynamic therapy | |
JP2017019818A (en) | Composition for use on skin and wounds | |
Tan et al. | Effects of ALA-PDT on biofilm structure, virulence factor secretion, and QS in Pseudomonas aeruginosa | |
Fekrazad et al. | Photodynamic therapy effect on cell growth inhibition induced by Radachlorin and toluidine blue O on Staphylococcus aureus and Escherichia coli: An in vitro study | |
JP2011529898A (en) | Compositions and methods for the treatment of MRSA | |
JP2012520876A (en) | Composition for photodynamic sterilization | |
Spesia et al. | Evolution of phthalocyanine structures as photodynamic agents for bacteria inactivation | |
Percival et al. | The effectiveness of photodynamic therapy on planktonic cells and biofilms and its role in wound healing | |
CN106620695B (en) | Photosensitive medicinal preparation for photodynamic sterilization and application thereof | |
Yan et al. | Antimicrobial photodynamic therapy for the remote eradication of bacteria |