Antibacterial photodynamic therapy with indocyanine green and near-infrared light

Abstract

Son yıllarda antibiyotik direnci geliştiren patojenlerdeki artış, septisemi ve ölümle sonuçlanan bir sağlık sorunu haline gelmiştir. Septisemiye bağlı ölümlerin bazıları hastane, yanık ya da kronik yara enfeksiyonlarından kaynaklanmaktadır. Fotodinamik tedavi lokal enfeksiyonların tedavisinde alternatif bir yöntem olabilir. Bu araştırmada amaçlanan yakın-kızılaltı ışık ile indosiyanin yeşil kullanarak fotodinamik terapinin antibakteriyel etkisini in vitro ve in vivo ortamda araştırmaktır.İlk olarak, indosiyanin yeşil ve 809-nm laserin etkisi yabanıl ve dirençli Staphylococcus aureus ve Pseudomonas aeruginosa suşları üzerinde in vitro ortamda incelenmiştir. Yabanıl suşları yeterli miktarda yok eden dozlar belirlendikten sonra, bu dozlar dirençli suşlara uygulanmıştır. Bu yöntemin yabanıl ve dirençli suşları yok etmede etkili olduğu ve yeterli ilaç/ışık dozlarının türe bağlı olarak değiştiği anlaşılmıştır. Daha sonra, bu yöntem sıçan eksizyon ve abrasyon yara modelleri üzerinde incelenmiştir. Yaralar dirençli suşlar ile enfekte edildikten sonra ideal ilaç konsantrasyonu ve ışıma dozu araştırılmıştır. Oluşturulan eksizyon yaralarında enfeksiyonu yok edecek yeterli parametreler bulunamamıştır. Ancak enfekte edilen abrasyon yara modeli başarıyla tedavi edilebilmiş ve canlı bakteri sayısı /%90 oranında azaltılmıştır. Uygulanan ışıma dozu hedef doku ve çevresinde herhangi bir ısıl harabiyete sebep olmamıştır.Bu çalışma, yakın-kızılaltı ışıkla birlikte uygulanan indosiyanin yeşilin sıçanlarda yarı enfeksiyonlarını tedavi etmede ve yaraların iyileşmesini hızlandırmada umut verici bir antibakteriyel yöntem olduğunu göstermiştir.

Increase in antibiotic-resistance is a worldwide health problem, which may result in septicemia and subsequent death in recent years. Some of these deaths are caused by nosocomial, burn or chronic wound infections. Photodynamic therapy can be an alternative technique in treatment of infections. This research aimed to investigate the bactericidal effect of photodynamic therapy with indocyanine green and near-infrared light in vitro and in vivo. First, the effect of indocyanine green and 809-nm laser light was examined on wild type and resistant strains of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa in vitro. Indocyanine green concentration and laser dose were initially optimized for wild type strains. After determining most effective concentrations with specified light dose, they were applied on resistant strains. This method was totally efficient to kill these strains and optimum doses varied with different strains. Later, this method was examined on rat excisional and abrasion wound models. Wounds were infected by resistant strains of S. aureus and P. aeruginosa. Optimum parameters could not be found for excisional wounds because of bleeding, but infected abrasion wounds could be successfully treated. Around 90/% reduction in bacterial burden was observed. Applied energy dose did not cause any thermal damage on healthy tissue. This study showed that indocyanine green together with near-infrared light might be a promising antibacterial method to eliminate infections in clinics and accelerate wound healing process.