Potassium iodide potentiated photodynamic inactivation of enterococcus faecalis using toluidine blue: Comparative analysis, photothermal effect, and post-treatment biofilm formation study

Abstract

Giriş: Son yıllarda patojen bakterileri yok edebilmek için alternatif bir yöntem olarak Antimikrobiyal Fotodinamik İnaktivasyon (aPDI) ile ilgili çalışmalar ilgi çekmektedir. Bu yöntemin etkisi ayrıca belirli inorganik tuzlar kullanılarak daha da arttırılabilir. Enterococcus faecalis bakterisi üzerinde yürütülmüş olan bu antimikrobiyal fotodinamik tedavi çalışmasında, fotosensitizan (PS) olarak Toluden Blue Ortho (TBO) kullanılmış ve Potasyum İyodür (KI) ile desteklenmiştir. Antimikrobiyal Fotodinamik İnaktivasyon olgusu değerlendirilirken photothermal etki ve biyofilm oluşum derecesi de incelenmiştir.Yöntem: TBO ve TBO/KI'nın E.faecalis üzerindeki foto inaktivasyonları 30, 60 ve 180 saniye ışıma zamanları ve farklı PS / potansiyatör konsantrasyon grupları ile karşılaştırılıp, laser uygulamasından sonra hayatta kalan bakteri koloni sayıları ölçülerek araştırıldı. Isılçift kullanılarak sıcaklık profili elde edilerek fototermal etki derecesi ölçüldü. Antimikrobiyal fotodinamik tedaviden 0, 24, 48 ve 72 saat sonra E.faecalis'in biyofilm oluşumu kabiliyeti, Optik Yoğunluk (OD595) hesaplanarak gözlendi. Bakteriyel biyofilm büyümesinin kalitatif değerlendirilmesi Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılarak yapıldı.Sonuç: En yüksek PS / KI konsantrasyonlarına sahip, 180 saniyeden fazla ışımaya maruz kalan örnek gruplarında, bakteri sayılarında 4 log 'dan yüksek düşüş elde edimiştir. KI ile desteklenmiş grupların tümü, desteklenmemiş gruplara oranla daha yüksek bir anti bakteriyel etki göstermiştir. Bunun ile birlikte, 180 saniye ışımaya maruz kalan gruplarda yaklaşık olarak 2 ° C'lik bir ortalama sıcaklık artışı fototermal etkinin ihmal edilebilir olduğunu kanıtlamıştır. Laser ile tedavi edilen gruplarda,OD595 ölçümü ve SEM görüntüleme yöntemleri ile teyit edilerek, tekrarlayan biyofilmin derecesinin kontrol grubununkinden çok daha az olduğu gözlenmiştir.

Background: Antimicrobial Photodynamic Inactivation (aPDI) has recently gained interest as an alternative modality to fight pathogenic entities. Its effect can also be further enhanced by using certain inorganic salts. Here, the Potassium Iodide (KI) - mediated aPDI effect on Enterococcus faecalis using Toluidine Blue Ortho (TBO) as photosensitizer (PS) has been evaluated, and the Photothermal effect as well as subsequent Biofilm formation extent are accounted for.Methods: The comparative photoinactivation of TBO and TBO/KI on E.faecalis was investigated by quantifying surviving bacterial colonies after laser irradiation with 30,60,and 180 second exposure times and different PS/Potentiator concentrations. The degree of photothermal effect was measured by obtaining a temperature profile using thermocouple. The biofilm formation capability of E.faecalis was observed by calculating Optical Density (OD595) of samples 0, 24, 48, and 72 hours post- aPDI treatment. Scanning Electron Microscopy (SEM) was used as a qualitative measure of bacterial biofilm growth.Results: More than 4 LOGS of photokilling was obtained for experimental groups with the highest PS/KI concentrations at 180 s exposure time. All KI-potentiated groups showed enhancement in aPDI effect when compared to non-potentiated counterparts. Moreover, an average temperature increase of about 2 °C,with 180 s laser exposure, proved photothermal effect to be negligible. The degree of recurring biofilm for laser-treated groups also showed to be much less than that of control group, as confirmed by both OD595 measurement and SEM imaging.