クロリンe6を用いた抗菌性光線力学的療法は、ヒト耳鼻咽喉頭病原体のバイオフィルムに対して殺菌的である

Antimicrobial Photodynamic Therapy with Chlorin e6 Is Bactericidal against Biofilms of the Primary Human Otopathogens.

• Nicole R Luke-Marshall
• Lisa A Hansen
• Gal Shafirstein
• Anthony A Campagnari

抄録

、、および非タイプ（NTHi）は、どこにでも存在する上気道日和見性病原体である。これら 3 つの微生物は、小児中耳炎（OM）の最も一般的な原因菌であり、したがって、ヒトの主要な耳鼻咽喉科病原体として特徴づけられてきました。OMは小児における最も一般的な細菌感染症であり、この集団における抗生物質投与の主な原因となっている。さらに、バイオフィルム形成は、慢性および再発OM疾患の主要なメカニズムとして確認されている。細菌のバイオフィルムは本質的にほとんどの抗生物質に対して代謝的に反応しにくく、これらの複雑な構造はまた、免疫系に重大な課題を提示するため、OM感染症を治療するための新規の抗菌薬アプローチを特定する必要性が明らかになっている。本研究では，光増感剤クロリンe6（Ce6）を用いた抗菌性光力学療法（aPDT）のプランクトンおよびバイオフィルム関連菌，NTHiに対する潜在的な有効性を評価した． 我々のデータによると，Ce6を用いたaPDTは，プランクトン培養物および3大耳鼻咽喉科医によって形成されたバイオフィルムの両方に対して有意な殺菌活性を示した（99.9％以上の生存率低下の有効性）．注目すべきことに、新規の二重処理のaPDTプロトコルの実施は、バイオフィルム関連細菌に対するこの消毒効果をもたらし、重要なことに、細菌の再増殖を抑制した。一緒に撮影し、これらのデータは、この新しいCe6-aPDT治療は、効果的に治療し、細菌性のOM感染症を根絶するための強力かつ革新的な治療戦略である可能性があり、有意に、再発疾患の発症を防ぐことを示唆している。中耳炎（OM）、または中耳の病気は、小児における最も一般的な細菌感染症であり、小児人口における抗生物質の使用と外科的介入の主な理由である。主要な細菌性耳病原体によるバイオフィルム形成は、OM患者の中耳内で発生することが示されており、聴力障害や発達遅延をもたらす可能性のある再発性疾患の発症の重要な要因となっています。細菌のバイオフィルムは本質的にほとんどの抗生物質に対して不浸透性であり、免疫システムにとって重要な課題である。本研究では、光増感剤クロリンe6を用いた抗菌薬光力学療法（aPDT）が、プランクトン性およびバイオフィルム関連の耳鼻咽喉科病原体に対して有意な殺菌活性を示すことを実証し、急性および再発OMの補助的治療法として、この新規で効果的な有望な技術のさらなる解析を支持するものである。

, , and nontypeable (NTHi) are ubiquitous upper respiratory opportunistic pathogens. Together, these three microbes are the most common causative bacterial agents of pediatric otitis media (OM) and have therefore been characterized as the primary human otopathogens. OM is the most prevalent bacterial infection in children and the primary reason for antibiotic administration in this population. Moreover, biofilm formation has been confirmed as a primary mechanism of chronic and recurrent OM disease. As bacterial biofilms are inherently metabolically recalcitrant to most antibiotics and these complex structures also present a significant challenge to the immune system, there is a clear need to identify novel antimicrobial approaches to treat OM infections. In this study, we evaluated the potential efficacy of antibacterial photodynamic therapy (aPDT) with the photosensitizer chlorin e6 (Ce6) against planktonic as well as biofilm-associated , , and NTHi. Our data indicate aPDT with Ce6 elicits significant bactericidal activity against both planktonic cultures and established biofilms formed by the three major otopathogens (with an efficacy of ≥99.9% loss of viability). Notably, the implementation of a novel, dual-treatment aPDT protocol resulted in this disinfectant effect on biofilm-associated bacteria and, importantly, inhibited bacterial regrowth 24 h posttreatment. Taken together, these data suggest this novel Ce6-aPDT treatment may be a powerful and innovative therapeutic strategy to effectively treat and eradicate bacterial OM infections and, significantly, prevent the development of recurrent disease. Otitis media (OM), or middle ear disease, is the most prevalent bacterial infection in children and the primary reason for antibiotic use and surgical intervention in the pediatric population. Biofilm formation by the major bacterial otopathogens, , , and nontypeable , has been shown to occur within the middle ears of OM patients and is a key factor in the development of recurrent disease, which may result in hearing impairment and developmental delays. Bacterial biofilms are inherently impervious to most antibiotics and present a significant challenge to the immune system. In this study, we demonstrate that antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) using the photosensitizer chlorin e6 elicits significant bactericidal activity versus planktonic and biofilm-associated otopathogens and supports further analyses of this novel, efficacious, and promising technology as an adjunctive treatment for acute and recurrent OM.

Copyright © 2020 Luke-Marshall et al.