| License: Publishing license for publications excluding print on demand (13MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-285487
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.28548
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 5 August 2013 |
| Referee: | Prof. Dr. Otto S. Wolfbeis |
| Date of exam: | 8 May 2013 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Dermatologie und Venerologie Biology, Preclinical Medicine > Institut für Biochemie, Genetik und Mikrobiologie Chemistry and Pharmacy > Institut für Analytische Chemie, Chemo- und Biosensorik > Chemo- und Biosensorik (Prof. Antje J. Bäumner, formerly Prof. Wolfbeis) |
| Keywords: | Photodynamic, Candida albicans, biofilm, singlet oxygen, Singulett-Sauerstoff |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences 500 Science > 570 Life sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 28548 |
Abstract (English)
Candida albicans is the main type of fungi able to form biofilms, which cause superficial skin and mucous membrane infections as well as invasive mycoses, particularly in immunocompromised patients. In these patients, invasive infections are often associated with high morbidity and mortality. Furthermore, the increase in antifungal resistance has decreased the efficacy of conventional therapies. ...
Abstract (English)
Candida albicans is the main type of fungi able to form biofilms, which cause superficial skin and mucous membrane infections as well as invasive mycoses, particularly in immunocompromised patients. In these patients, invasive infections are often associated with high morbidity and mortality. Furthermore, the increase in antifungal resistance has decreased the efficacy of conventional therapies. The use of aPDT as an antimicrobial topical agent against superficial and cutaneous diseases represents an effective method for eliminating microorganisms.
The first chapter describes: a) the complex problem of C. albicans infections, b) what a biofilm is, why they are so resistant to antimicrobial agents and their importance in infections. In addition the first chapter describes the antimicrobial Photodynamic Therapy (aPDT) and suggests it as an effective approach for killing of microbial cells.
The second chapter shows for the first time the use of XF-73, a new porphyrine derivative, combined with blue light to inactivate C. albicans biofilms, causing 5 log10 cell killing. The results were compared to TMPyP, an already known PS The efficacy of aPDT was also compared with the efficacy of Amphotericin B (AmB), the gold standard for the treatment of fungal infections. The presence of extracellular polymeric substance (EPS), which is a hallmark characteristic of microbial biofilms, was also detected. Besides, for the first time, singlet oxygen (1O2) was directly detected in biofilms treated by XF-73-aPDT.
In chapter 3, a model of duo-species biofilm, formed by C. albicans and S. epidermidis, was developed. The susceptibility of C. albicans, co-aggregated in this duo- species biofilm, was evaluated using XF-73-aPDT. Duo-species biofilms were less susceptible to XF-73-aPDT than monomicrobial C. albicans biofilms. The results showed that the susceptibility to aPDT decreases with the increase of the complexity of the biofilms composition.
Since the over expression of heat shock proteins is a mechanism, whereby cells can become resistant to aPDT, in chapter 4 it was examined, whether the heat shock protein 70 (Hsp70) over expression after thermal stress protects C. albicans cells against the oxidative damage caused by aPDT. In addition, it was investigated, whether C. albicans cells, treated by aPDT, might over express Hsp70. For this, the kinetics of Hsp70 expression in C. albicans cells, treated with a sub lethal dose of aPDT, were determined over a period of 24 h. The results, obtained, showed that the over expression of Hsp70 by C. albicans cells is not a mechanism, by which microbial cells might develop resistance to TMPyP-mediated aPDT. Also, the expression of Hsp70 in C. albicans did not increase after sub-lethal TMPyP-mediated aPDT.
Chapter 5 reports the use of a luminescence based oxygen-sensitive sensor for monitoring oxygen concentration of C. albicans and S. epidermidis biofilms during aPDT. The knowledge of oxygen concentration during aPDT is important to improve the efficacy of aPDT.
Translation of the abstract (German)
Candida albicans ist die wichtigste Pilzart, welche fähig ist, Biofilme zu bilden. Sie verursachen vor allem bei immunsupprimierten Patienten oberflächliche Haut- und Schleimhautentzündungen sowie invasive Mykosen. Bei solchen Patienten werden invasive Infektionen oft mit einer erhöhten Morbidität und Mortalität in Verbindung gebracht. Zudem hat die verstärkte antimykotische Resistenz die ...
Translation of the abstract (German)
Candida albicans ist die wichtigste Pilzart, welche fähig ist, Biofilme zu bilden. Sie verursachen vor allem bei immunsupprimierten Patienten oberflächliche Haut- und Schleimhautentzündungen sowie invasive Mykosen. Bei solchen Patienten werden invasive Infektionen oft mit einer erhöhten Morbidität und Mortalität in Verbindung gebracht. Zudem hat die verstärkte antimykotische Resistenz die Wirksamkeit konventioneller Therapien verringert. Die Nutzung von aPDT als antimikrobielle Behandlung gegen oberflächliche Krankheiten und Hautkrankheiten stellt eine effektive Methode zur Eliminierung von Mikroorganismen dar.
Das erste Kapitel beschreibt: a) die Problematik von C. albicans Infektionen, b) was Biofilme sind, warum sie so resistent gegen antimikrobielle Behandlungen sind und welche Bedeutung sie bei Infektionen haben. Zusätzlich wird im ersten Kapitel die antimikrobielle Photodynamische Therapie (aPDT) beschrieben und als eine effektive Methode zum Abtöten mikrobieller Zellen vorgestellt.
Das zweite Kapitel zeigt erstmals den Einsatz des neuen Porphyrin Derivates XF-73 in Verbindung mit blauem Licht zur Inaktivierung von C. albicans Biofilmen, wobei eine Zellabtötung von 5 log10 erreicht wurde. Die Ergebnisse wurden mit TMPyP, welcher einen bereits bekannten Photosensitizer darstellt, sowie mit der Wirksamkeit von Amphotericin B (AmB), dem Standardmedikament für die Behandlung von Pilzinfektionen, verglichen. Es konnte außerdem gezeigt werden, dass die Existenz extrazellulärer polymerer Substanzen (EPS), welche eine zentrale Charakteristik mikrobieller Biofilme ist, einen Einfluss auf die Effizienz der Wirksamkeit von aPDT- und AmB-Behandlungen hat. Weiterhin konnte erstmals Singulett-Sauerstoff (1O2) direkt in Biofilmen, welche mit XF-73-aPDT behandelt wurden, gemessen werden.
In Kapitel 3 wurde ein Modell eines Biofilms, welcher aus C. albicans und S. epidermidis gebildet wurde, entwickelt. Die Empfindlichkeit der C. albicans innerhalb dieses Biofilms gegenüber XF-73-aPDT wurde evaluiert. Dabei zeigte sich, dass die Biofilme, welche aus diesen beiden Spezies bestanden, weniger empfindlich gegenüber XF-73-aPDT waren als monomikrobielle C. albicans-Biofilme. Die Ergebnisse zeigten, dass die Empfindlichkeit gegenüber aPDT mit steigender Komplexität der Biofilme abnimmt.
Da die übermäßige Bildung von Hitzeschock-Proteinen ein Mechanismus ist, durch welchen Zellen resistent gegen aPDT werden können, wurde in Kapitel 4 untersucht, ob das durch eine thermische Stresssituation induzierte Hitzeschock-Protein 70 (Hsp70) C. albicans gegen die oxidative Wirkung der aPDT schützt. Zusätzlich wurde untersucht, ob C. albicans-Zellen, welche einer aPDT ausgesetzt werden, übermäßig Hsp70 bilden. Hierfür wurde der Verlauf der Hsp70-Bildung in C. albicans-Zellen, welche mit einer subletalen Dosis aPDT behandelt wurden, für eine Dauer von 24 Stunden bestimmt. Die Ergebnisse zeigten, dass die übermäßige Bildung von Hsp70 durch C. albicans-Zellen kein Mechanismus ist, durch welchen die mikrobiellen Zellen eine Resistenz gegen TMPyP-aPDT entwickeln können. Auch zeigte sich durch die Behandlung mit subletaler TMPyP-aPDT keine vermehrte Bildung von Hsp70 durch C. albicans.
Kapitel 5 beschreibt den Einsatz eines lumineszenzbasierten Sauerstoffsensors, durch welchen die Sauerstoffkonzentration in den C. albicans- und S. epidermidis-Biofilmen während der aPDT gemessen werden kann. Das Wissen über die Sauerstoffkonzentration während der aPDT ist wichtig, um in der Zukunft die Wirksamkeit der aPDT zu verbessern.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 02:04
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