Evaluation of light and concentration dose on cell viability at photodynamic therapy in vitro

Abstract

Fotodinamik Terapi ümit verici ve güvenilir bir antimikrobiyel tedavi yöntemidir. Bu yöntem, uygun dalga boyunda ışıkla aktif hale gelen ışığa duyarlı bir kimyasal kullanımını içerir. İlaç ile ışığın etkileşimi hedef hücrelerin ölmesinde önemli bir role sahip olan reaktif oksijen türlerinin oluşmasına neden olmaktadır. PDT dozu (ışık dozu, ilacın dozu ve üretilen ROS konsantrasyonu) photoaktivasyon prosesinde cok kritiktir. Oksijen radikallerinin düşük konsantrasyonları ya da düşük miktarda ışık, antibakteriyel PDT'nin öldürü etkisi yerine bazı biyokimyasal yollarla hücre çoğalmasına neden olabilmektedir. Bu nedenle, antibakteriyel PDT süresince biyostimülatif etki vardır. PDT dozunun uygun düzeyde optimizasyonu, yaralardaki enfeksiyonlara neden olan antibiyotik direnci olan bakterilerin tedavi etmekte çok önemlidir. Bu çalışmanın temel amacı, bakteri öldürücü uygulamalar için PDT güvenli alanı incelemek ve PDT dozunun önemini göstermektir. Bu çalışmada, PDT'nin öldürücü etkisinin olduğu alanı tespit etmek için değişik konsantrasyonlarda indosiyanin yeşili (ICG) (20, 50, 100, 125, 150, 200 and 250μg/ml) ile 809-nm diyot laserin çeşitli enerji dozlarında (84, 168 and 252J/cm2) Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 bakterisi üzerinde in vitro olarak uygulanmıştır. Bu çalışmada, 809-nm diyot laserin 84 J/cm2'lik enerji dozu ile ICG'nin 20, 50, 100, 125 and 150 μg/ml dozları uygulandığında, Pseudomonas aeruginosa bakterisinde PDT etkisi yerine bakteri sayısının çoğaldığı gözlemlenmiştir. Aynı konsantrasyon oranlarında laser enerji dozu arttırıldığında, daha yüksek optimum konsantrasyonlarda PDT'nin öldürücü etkisi anlamlı şekilde elde edilmiştir (150 μg/ml ICG ile 168J/cm2 enerji dozu, 125 μg/ml ICG ile 252 J/cm2 enerji). Deney sonuçları göstermektedir ki PDT dozu iyi ayarlanmazsa, patojenlerde biyostimülatif etki meydana gelebilir.

Photodyanmic Therapy is a promising and safe antmicrobial treatment that includes in a chemical agent, called a photosensitizer, which is activated by appropriate light energy and it results in production of reactive oxygen species (ROS) which have an important role in destroying the target cells. PDT dosimetry (light dose, photosensitizer dose and concentration of produced ROS) is very critical in the photoactivation process. Low concentration of oxygen radicals or low level light may cause cell proliferation with some biochemical pathways instead of the killing effect of antibacterial PDT. For this reason, there is a biostimulation risk during antibacterial PDT and optimization of PDT dose properly is very important to overcome the multidrug resistant bacteria problem on wounds. The main purpose of this study was to investigate the PDT safe region for bactericidal application and to demonstrate the importance of PDT dosimetry. In this study, PDT with different concentrations of indocyanine green (ICG) (20, 50, 100, 125, 150, 200 and 250μg/ml) and different doses of 809-nm diode laser (84, 168 and 252J/cm2) was investigated on Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 in vitro for PDT safe region. In this study, the cell proliferation of P. aeruginosa strain was observed instead of the PDT killing effect, when 84 J/cm2 of energy dose (809-nm diode laser) was applied with 20, 50, 100, 125 and 150 μg/ml of ICG concentrations. When we increase the energy doses with the same concentrations, at optimum higher concentrations, the PDT killing effect was significantly observed (150 μg/ml ICG with 168J/cm2 and 125 μg/ml ICG with 252 J/cm2). The results of experiments show that there could be biostimulation on pathogens if PDT dosimetry is not optimized properly.