Antimikrobiyal fotodinamik tedavi etkinliğinin kateter modelinde incelenmesi
Investigation of antimicrobial photodynamic therapy in catheter model
Yazar: MERVE ERDOĞAN
Danışman: PROF. DR. KAYHAN ÇAĞLAR ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF AYÇA ŞAHİN
Gazi Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Mikrobiyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Mikrobiyoloji = Microbiology

Özet:
Hastanede yatan hastalarda nozokomiyal kan dolaşımı enfeksiyonlarının önemli bir kısmı intravenöz kateter enfeksiyonları kaynaklıdır. Yüksek mortalite-morbidite oranı ve maliyeti nedeniyle kateter ilişkili kan dolaşımı enfeksiyonlarının önlenmesine yönelik çalışmalar ön plana çıkmaktadır. Çalışmamızda, S. aureus ve S. epidermidis ile bakteriyel, C. albicans ve C. parapsilosis ile fungal in vitro kateter enfeksiyon modeli geliştirilmiştir. Antimikrobiyal fotodinamik tedavi (aFDT), belirli bir dalga boyuna sahip görünür ışık kaynağı (LED, Light Emitting Diode), fotosensitizör madde (FS) ve oksijen bileşenlerinden meydana gelmektedir. Bu etkileşim sonucunda açığa çıkan reaktif oksijen türleri/tekil oksijen hedef mikroorganizma üzerine sitotoksik etki göstermektedir. Çalışmada biyofilm oluşumu basamağından önce veya sonra katetere belirlenen tedavi yöntemi uygulanmıştır. Kateterde profilaktik FDT ile önleyici, terapötik FDT ile tedavi edici etki araştırılmaktadır. Fotosensitizör olarak kırmızı LED için metilen mavisi ve toluidin mavisi O, yeşil LED için rose bengal ve eosin Y, mavi LED için ribofilavin ve kurkumin kullanılmıştır. Fotodinamik tedavinin in vitro kateter modelinde biyofilm üzerine etkisi; biyofilm biyokütlesinin ölçümü ve hücre canlılığı testi ile kantitatif, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile kalitatif olarak incelenmiştir. Her mikroorganizma için elde edilen veriler deney grupları ve tedavi uygulanmayan kontrol grupları karşılaştırılarak değerlendirilmiştir. Çalışmada istatistiksel ve görsel farklılık anlamlı bulunduğu için fotodinamik tedavinin kateter modelinde biyofilm yapısı üzerine etkili olduğu, ancak her mikroorganizma için etkinliğin fotosensitizör ve LED kombinasyonlarına göre değişkenlik gösterdiği bulunmuştur.  Staphylococcus için en etkili kombinasyonlar metilen mavisi ile kırmızı LED ve rose bengal ile yeşil LED iken, Candida için toluidin mavisi O ile kırmızı LED ve kurkumin ile mavi LED kombinasyonlarıdır. İn vitro modelleme çalışmamızın sonuçları, FDT'nin kateterle ilişkili enfeksiyonları önlemek ve tedavi etmek için potansiyel yeni bir yaklaşım olabileceğini göstermektedir.

Abstract:
A significant proportion of nosocomial bloodstream infections in hospitalised patients are caused by intravenous catheter infections. Due to the high mortality-morbidity rate and cost, studies on the prevention of catheter-related bloodstream infections have come to the forefront. In our study, bacterial catheter infection model with S. aureus and S. epidermidis and fungal in vitro catheter infection model with C. albicans and C. parapsilosis were developed. Antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) consists of a visible light source (LED, Light Emitting Diode) with a specific wavelength, photosensitiser (FS) and oxygen components. The reactive oxygen species / singlet oxygen released as a result of this interaction have a cytotoxic effect on the target microorganism. In the study, the treatment method determined before or after the biofilm formation step was applied to the catheter. Preventive effect with prophylactic PDT and therapeutic effect with therapeutic PDT are investigated. Methylene blue and toluidine blue O for red LED, rose bengal and eosin Y for green LED, ribofilavin and curcumin for blue LED were used as photosensitisers. The effect of photodynamic therapy on biofilm in the in vitro catheter model was analysed quantitatively by measuring biofilm biomass and cell viability test and qualitatively by scanning electron microscopy (SEM). The data obtained for each microorganism were evaluated by comparing the experimental groups and untreated control groups. Since the statistical and visual differences were found to be significant, it was found that photodynamic therapy was effective on the biofilm structure in the catheter model, but the effectiveness for each microorganism varied according to the photosensitiser and LED combinations.  The most effective combinations for Staphylococcus were red LED with methylene blue and green LED with rose bengal, whereas for Candida the most effective combinations were red LED with toluidine blue O and blue LED with curcumin. The study results suggest that PDT may be a potential new approach to prevent and treat catheter-associated infections.