| License: Creative Commons Attribution 4.0 (27MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-350800
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.35080
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 22 January 2018 |
| Referee: | Prof. Dr. Uwe Ritter |
| Date of exam: | 23 January 2017 |
| Institutions: | Medicine > Lehrstuhl für Immunologie |
| Keywords: | kutane Leishmaniose; photodynamische Inaktivierung; Photosensibilisatoren TMPyP, SAPyR und FLASH-07a; in-vitro Effektivität; |
| Dewey Decimal Classification: | 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 35080 |
Abstract (German)
Unter Leishmaniose versteht man eine Gruppe von Erkrankungen, die durch humanpathogene Arten des Parasiten Leishmania hervorgerufen werden. Es werden drei Hauptgruppen unterschieden: Die viszerale, die kutane und die mukokutane Leishmaniose. Die Erkrankung wird zu den „Neglected Tropical Diseases“ gezählt, da es Schätzungen nach 1 - 2 Millionen Neuerkrankungen und 40.000 Todesfälle pro Jahr gibt. ...
Abstract (German)
Unter Leishmaniose versteht man eine Gruppe von Erkrankungen, die durch humanpathogene Arten des Parasiten Leishmania hervorgerufen werden. Es werden drei Hauptgruppen unterschieden: Die viszerale, die kutane und die mukokutane Leishmaniose. Die Erkrankung wird zu den „Neglected Tropical Diseases“ gezählt, da es Schätzungen nach 1 - 2 Millionen Neuerkrankungen und 40.000 Todesfälle pro Jahr gibt. Über 350 Millionen Menschen leben in Risikogebieten, in denen die Erkrankungsfälle momentan noch zunehmen. Dabei ist die kutane Leishmaniose hauptsächlich in Südamerika, dem Mittelmeerraum (Nordafrika und Südeuropa), dem Mittleren Osten und in Zentralasien verbreitet. Die viszerale Leishmaniose kommt vor allem im indischen Subkontinent sowie in Ostafrika und Brasilien vor.
Die Therapie der Leishmaniose ist komplex und es gibt momentan keine optimale Therapiestrategie für die Behandlung dieser infektiösen Erkrankung. Es gibt nur wenig wirksame Medikamente, die viele Nebenwirkungen haben und je nach Region und Spezies unterschiedlich effektiv sind. Außerdem können bei allen Formen der Leishmaniose Rückfälle nach Beginn der Behandlung auftreten. Obwohl einige Versuche unternommen wurden, gibt es zudem im Moment keinen wirksamen Impfstoff gegen die Leishmaniose.
Es besteht also die Notwendigkeit zur Verbesserung der Leishmaniose-Therapie sowie zur Entwicklung neuer Therapien. Für die Behandlung der kutanen Leishmaniose beispielsweise könnte die photodynamische Inaktivierung (PDI) eine vielversprechende neue nichtmedikamentöse, lokale Therapieoption darstellen.
Das Prinzip der PDI ist, dass ein nicht toxischer Farbstoff, der als Photosensibilisator (PS) bezeichnet wird, in Anwesenheit von Sauerstoff, Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich absorbiert und dadurch angeregt wird. Im angeregten Zustand interagiert der PS mit umliegenden Molekülen und es kommt zur Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies und hochreaktivem Singulettsauerstoff, welche wiederum die verschiedensten Biomoleküle schädigen können und so zur Apoptose von Zellen aber auch zur Abtötung von pathologischen Mikroorganismen führen.
Die bereits vielversprechende therapeutische Anwendung des Prinzips in einigen Bereichen der Medizin sowie die durch Studien belegte Wirksamkeit der PDI in vielen neuen Anwendungsgebieten, machen die PDI zu einem Verfahren mit großem Potenzial.
In diesem Zusammenhang wurde aufgrund der in klinischen Studien bereits effektiv durchgeführten Behandlung der kutanen Leishmaniose mit δ-Aminolävulinsäure (ALA)-PDI und Methyl-Aminolävulinat (MAL)-PDI, in dieser Arbeit untersucht, ob auch andere PS als Porphyrin-Derivate zur Therapie der Erkrankung geeignet wären.
Dabei wurde die photodynamische Effektivität der exogenen PS TMPyP, SAPyR und FLASH-07a bei der Inaktivierung von L. major Promastigoten und L. major Amastigoten in-vitro getestet und miteinander verglichen.
Zusätzlich wurde die Zytotoxizität der PDI auf die Wirtszellen der Leishmanien in-vitro evaluiert und mit der photodynamischen Wirkung der PS gegenüber dem Parasiten L. major verglichen. Dabei wurde zunächst die nicht infizierte J774A.1-Makrophagenzelllinie und in nachfolgenden Experimenten mit L. major infizierte Peritoneal-Exsudat-Makrophagen, die aus C57BL/6 Mäusen isoliert wurden, untersucht.
Insgesamt zeigten die Ergebnisse dieser Arbeit, dass die drei verwendeten Farbstoffe in Kombination mit sichtbarem Licht zu einer effizienten Inaktivierung von L. major Promastigoten führen. Dabei nahm die Effektivität der Inaktivierung in folgender Reihenfolge zu: FLASH-07a < TMPyP < SAPyR. Die PDI der intrazellulär, amastigoten Form von L. major mit SAPyR war ebenfalls effektiv.
Gleichzeitig hatte die Photosensibilisierung aber auch auf Wirtszellen, wie die untersuchte J774A.1-Makrophagenzelllinie oder Peritoneal-Exsudat-Makrophagen, eine toxische Wirkung.
Daher ist die Frage, ob ein „Therapeutisches Fenster“, indem die Vitalität der Leishmanien deutlich abnimmt, die Wirtszellen aber unbeschadet bleiben wichtig ist, oder ob eine potentiell lokal toxische Wirkung auf die Immunzellen nur eine geringe Auswirkung auf den menschlichen Organismus hat, von zentraler Bedeutung, um abschließend zu klären, ob die hier verwendeten PS sicher beim Menschen angewendet werden könnten.
Zudem ist die weitere Klärung des genauen Wirkmechanismus der hier verwendeten PS bei der PDI der kutanen Leishmaniose wichtig. Ferner sollte die PDI optimiert werden, um unerwünschte Nebenwirkungen auf nichtinfizierte Zellen und Gewebe zu minimieren und gleichzeitig die Effektivität zu erhöhen.
Die Ergebnisse der Experimente dieser Arbeit können somit als Grundlage für weitere in-vivo Tierexperimente und unter der Vorraussetzung, dass die PS als sicher für die Anwendung beim Menschen angesehen werden auch als Grundlage für klinische Studien angesehen werden.
Es sollten unbedingt auch andere neue phototoxische Substanzen getestet werden, um die PDI als vielversprechenden neuen Ansatz in der Therapie der kutanen Leishmaniose weiter zu etablieren.
Translation of the abstract (English)
The term leishmaniasis compiles a group of diseases that are caused by humanpathogenic species of the parasite Leishmania. There are three major subtypes: visceral, cutaneous and mucocutaneous leishmaniasis. The disease is considered to be one of the “Neglected Tropical Diseases”, with approximately 1-2 million new infections and 40.000 disease-related deaths per year. In the major endemic areas ...
Translation of the abstract (English)
The term leishmaniasis compiles a group of diseases that are caused by humanpathogenic species of the parasite Leishmania. There are three major subtypes: visceral, cutaneous and mucocutaneous leishmaniasis. The disease is considered to be one of the “Neglected Tropical Diseases”, with approximately 1-2 million new infections and 40.000 disease-related deaths per year. In the major endemic areas over 350 million people are currently at potential risk of getting infected, with the number of cases increasing. The cutaneous subtype is distributed mainly in South Amercia, the Mediterranean Basin, the Middle East and Central Asia. Most of the visceral leishmaniasis cases occur in the Indian subcontinent, East Africa and Brazil.
The therapy of leishmaniasis is complex and there is currently no ideal treatment strategy for this infectious disease. There are only a few effective drugs with many side effects on the market and their efficacy varies according to the species and region of infection. Furthermore, there is a risk of relapse at any stage of the treatment, regardless of the type of leishmaniasis. Plus, although there has been some effort, no vaccine against leishmaniasis is currently available.
To summarize, there is an urgent need to optimize the current management of leishmaniasis and especially to develop new treatment strategies. For the cutaneous subtyp of leishmaniasis photodynamic inactivation (PDI) seems to be a promising new treatment approach.
The underlying mode of action involves the use of a nontoxic dye, called photosensitizer (PS), that is activated in the presence of oxygen by the absorption of light in the visible range. The excited PS interacts with surrounding molecules and reactive oxygen species as well as singlet oxygen are generated, leading to apoptosis and death of pathological
microorganisms. There are already some promising therapeutic applications of PDI and its efficacy in many new medical fields has been proven in previous studies.
In this regard, it has been shown in clinical studies that 5-aminolevulinic acid (ALA)-PDI and methyl aminolevulinate (MAL)-PDI is effective in treating cutaneous leishmaniasis.
In the current study we aim to investigate if there are other PS than porphyrin derivatives with efficient treatment potential for this disease.
Therefore, we tested and compared the photodynamic efficacy of exogenous PS such as TMPyP, SAPyR and FLASH-07a to inactivate L. major promastigotes and L. major amastigotes in-vitro.
Additionally, the in-vitro cytotoxicity of PDI on the host cells of the parasite Leishmania was evaluated and compared to the photodynamic efficacy of the PS against L. major. First, we used uninfected macrophages from the J774A.1 cell-line. In subsequent experiments L. major-infected peritoneal exudate macrophages, isolated from C57BL/6 mice, were tested.
Taken together, our results show that all three tested PS in combination with visible light lead to an effective inactivation of L. major promastigotes. Thereby, efficacy of inactivation increased from FLASH-07a to TMPyP and further to SAPyR. The PS SAPyR was also effective against the intracellular amastigote type of L. major.
At the same time, the photosensitization also showed a toxic effect on host cells such as the macrophages from the J774A.1 cell-line and the peritoneal exudate macrophages we used in our experiments.
Thus, it needs to be investigated if a “therapeutic window” in which the viability of Leishmania is decreasing while the respective host cells remain intact is important or if a local toxic effect on the immune cells only has a small systemic impact on the human organism in order to clarify if the tested PS can be applied safely in humans.
Additionally, the exact mode of action involved in the PDI of Leishmania and particularly the mode of action of the PS tested in this study needs to be analyzed in more detail. Also the PDI method should be optimized in order to minimize side effects and maximize treatment efficacy.
The results of the current study might be used as basis for animal experiments testing this therapy in-vivo and under the condition that the PS are considered safe in humans, also as basis for subsequent clinical studies.
Moreover, new PS should be tested to further establish this promising therapeutic approach in the treatment of cutaneous leishmaniasis.
Metadata last modified: 25 Nov 2020 21:41
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