Effekt photodynamischer Inaktivierung (PDI) mit Riboflavin oder riboflavinkonjugierten Antikörpern gegen Staphylococcus aureus

Zusammenfassung

Ziele: Das UVA-Riboflavin-Crosslinking ist eine photodynamische Therapie und kann eine alternative Behandlungsmethode einer antibiotikaresistenten infektiösen Keratitis darstellen. Im Rahmen einer photodynamischen Therapie kann es sinnvoll sein, spezifische Antikörper – z. B. gegen Bakterien – mit Photosensibilisatoren zu konjugieren, um damit den Effekt der Therapie zu erhöhen. In der vorliegenden Studie wurde die Wirkung der photodynamischen Inaktivierung (PDI) mit riboflavinkonjugierten Antikörpern und direkt eingesetztem Riboflavin gegen Staphylococcus aureus in vitro getestet. Methoden: Proben von Staphylococcus aureus (S. aureus) wurden für 30 min mit riboflavinkonjugierten Antikörpern (R-AK) in einer Verdünnung von 1 : 100 im Dunkeln inkubiert. Nach Bestrahlung mit UVA-Licht (375 nm) mit einer Energiedosis von 2, 3, 4 und 8 J/cm², wurden die Bakterien zur Auszählung der Colony forming Units (CFU) für 24 Stunden auf Blutagarplatten bebrütet. Zusätzlich erfolgte die Inkubation mit Riboflavin-5-Phosphat in den Konzentrationen 0 %, 0,05 % und 0,1 % und anschließender Bestrahlung mit UVA-Licht (375 nm) mit einer Energiedosis von 2 J/cm² als Vergleichsprobe. Ergebnisse: Verglichen mit den unbehandelten Kontrollen nahm die Anzahl der CFU mit den 1 : 100 verdünnten R-AK und UVA-Licht-Bestrahlung und einer Energiedosis von 2 J/cm² signifikant ab (Inaktivierung von 36 %, p = 0,022). Die Bestrahlung mit Energiedosen von 3, 4 und 8 J/cm² bei einer R-AK-Verdünnung von 1 : 100 hatte keinen zusätzlichen Effekt auf die Abnahme der CFU (Inaktivierung von 39, 39 und 40 %; p = 0,016; p = 0,016; p = 0,015). Die Verwendung von 0,05 % oder 0,1 % Riboflavin-5-Phosphat und UVA-Licht zeigt eine Abnahme der CFU (Inaktivierung von 73 und 55 %; p = 0,002; p = 0,005) im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle. Schlussfolgerung: Der Einsatz von riboflavinkonjugierten Antikörpern oder 0,05 % oder 0,1 % Riboflavin-5-Phosphat senkt die Anzahl der CFU von Staphylococcus aureus nach UVA-photodynamischer Inaktivierung. Allerdings wird mit keiner der beiden photodynamischen Therapien die erforderliche Abtötungsrate des Staphylococcus aureus von 99 % erreicht. Weitere Studien müssen erfolgen, um die Effizienz riboflavinkonjugierter Antikörper gegen antibiotikaresistente Bakterien zu erhöhen.

Abstract

Purpose: Crosslinking/riboflavin-UVA photodynamic therapy is a potential treatment alternative in antibiotic resistant infectious keratitis. For photodynamic therapy a specific (against bacteria) conjugated antibody may be used in order to increase the effect of the treatment. In our present study we analysed the impact of photodynamic inactivation using riboflavin-conjugated antibody or riboflavin alone on Staphylococcus aureus, in vitro. Methods: Staphylococcus aureus (S. aureus) was incubated in 1 : 100 diluted riboflavin-conjugated antibody (R-AB) for 30 minutes in darkness. Following UVA-light illumination (375 nm) with an energy dose of 2, 3, 4 and 8 J/cm², bacteria were brought to blood agar Plates for 24 hours before colony-forming unit (CFU) counting. In an additional group, we incubated bacteria to 0, 0.05 or 0.1 % riboflavin 5-phosphate as described above followed by illumination using UVA light (375 nm) with an energy dose of 2 J/cm², before CFU counting. Results: The number of CFU decreased significantly (inactivation of 36 %, p = 0.022) using 1 : 100 diluted riboflavin-conjugated antibody and 2 J/cm² UVA-light illumination, compared to untreated controls. The use of 3, 4 und 8 J/cm² energy dose and R-AB in 1 : 100 dilution did not further change the decrease of CFU (inactivation of 39, 39 and 40 %; p = 0.016; p = 0.016; p = 0.015). The use of 0.05 % or 0.1 % riboflavin 5-phosphate alone and UVA-light illumination reduced the CFU count significantly (inactivation of 73 and 55 %; p = 0.002; p = 0.005), compared to untreated controls. Conclusions: The use of riboflavin-conjugated antibody or 0.05 % or 0.1 % riboflavin 5-phosphate and UVA-light illumination reduces the number of CFU of S. aureus. However, none of these photodynamic therapies reached the necessary 99 % killing rate of these bacteria. Further work is needed to increase the efficacy of riboflavin-conjugated antibodies against antibiotic resistant bacteria.

Schlüsselwörter

Crosslinking - photodynamische Inaktivierung - Staphylococcus aureus - riboflavinkonjugierter Antikörper

Key words

crosslinking - photodynamic inactivation - Staphylococcus aureus - riboflavin-conjugated antibody

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