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Ce protocole décrit l’application de la thérapie photodynamique antimicrobienne (aPDT) dans un modèle murin de candidose buccale. L’aPDT a été réalisée à l’aide d’un mélange hydrosoluble de curcuminoïdes et de lumière LED bleue.
La thérapie photodynamique antimicrobienne (aPDT) a été largement étudiée in vitro, et les modèles animaux précliniques d’infections conviennent à l’évaluation de traitements alternatifs avant les essais cliniques. Cette étude décrit l’efficacité de l’aPDT dans un modèle murin de candidose buccale. Quarante souris ont été immunodéprimées avec des injections sous-cutanées de prednisolone, et leur langue a été inoculée à l’aide d’un écouvillon buccal préalablement trempé dans une suspension de cellules de C. albicans . La tétracycline a été administrée par l’eau potable au cours de l’expérience. Cinq jours après l’inoculation fongique, les souris ont été réparties au hasard en huit groupes ; Un neuvième groupe de souris non traitées et non infectées a été inclus comme témoin négatif (n = 5). Trois concentrations (20 μM, 40 μM et 80 μM) d’un mélange de curcuminoïdes ont été testées avec une lumière LED bleue (89,2 mW/cm2 ; ~455 nm) et sans lumière (groupes C+L+ et C+L-, respectivement). Des animaux légers seuls (C-L+), aucun traitement (C-L-) et des animaux sans infection ont été évalués comme témoins. Les données ont été analysées à l’aide de l’ANOVA de Welch et des tests Games-Howell (α = 0,05). La candidose buccale a été établie chez tous les animaux infectés et visualisée macroscopiquement par la présence de taches blanches ou de pseudomembranes caractéristiques sur le dos de la langue. Les coupes histopathologiques ont confirmé une forte présence de levures et de filaments limités à la couche kératinisée de l’épithélium dans le groupe C-L-, et la présence de cellules fongiques a été visuellement diminuée dans les images obtenues de souris soumises à l’aPDT avec des curcuminoïdes de 40 μM ou 80 μM. L’aPDT médiée par des curcuminoïdes de 80 μM a favorisé une réduction de 2,47 log10 du nombre de colonies par rapport à celles du groupe C-L- (p = 0,008). Tous les autres groupes n’ont montré aucune réduction statistiquement significative du nombre de colonies, y compris les groupes photosensibilisants (C+L-) ou légers seuls (C-L+). L’aPDT médiée par les curcuminoïdes a réduit la charge fongique de la langue des souris.
La candidose buccale (CO) est la principale infection fongique de la cavité buccale ; elle est causée par la prolifération de Candida spp. Les facteurs prédisposant à la contraceptive orgueilleux comprennent le dysfonctionnement endocrinien, l’utilisation d’antibiotiques à large spectre, la radiothérapie et la chimiothérapie, les carences nutritionnelles, la xérostomie (faible débit salivaire), l’utilisation de prothèses dentaires, une mauvaise hygiène et, surtout, l’immunosuppression1. Parmi les espèces de Candida, Candida albicans est la plus répandue et la plus virulente ; On le trouve comme espèce commensale dans le corps humain et comme agent pathogène opportuniste. C. albicans a la capacité de changer sa morphologie de levures commensales (blastopores) en filaments pathogènes (hyphes et pseudohyphes)2. Les formes filamenteuses, en particulier les hyphes, peuvent envahir l’épithélium de l’hôte par endocytose ou pénétration active, provoquant une infection3. Les autres facteurs de virulence de C. albicans comprennent l’adhésion, la formation de biofilm et la sécrétion d’enzymes et de toxines lipolytiques et hydrolytiques, telles que les lipases, les phospholipases, les protéinases et la candidalysine4.
Les traitements par CO impliquent l’utilisation d’agents antifongiques, en particulier des polyènes topiques et des azoles (nystatine et miconazole)5. Cependant, ils ne montrent qu’une efficacité à court terme et les récidives sont fréquentes. De plus, la surutilisation d’antifongiques a donné lieu au problème du développement et de la propagation de la résistance aux antifongiques6. Par conséquent, des thérapies alternatives sont nécessaires, telles que la thérapie photodynamique antimicrobienne (TPDa), qui combine un photosensibilisateur (PS) et une lumière à une longueur d’onde appropriée (la même que celle de l’absorption du PS) en présence d’oxygène. Les PS sont liées aux cellules ou absorbées par elles et, lorsqu’elles sont activées par la lumière, produisent des espèces réactives de l’oxygène (ROS) qui sont toxiques pour les cellules sensibilisées7.
Dans l’aPDT, l’un des photosensibilisants (PS) utilisés est la curcumine (CUR), un composé naturel extrait des rhizomes de la plante de curcuma (Curcuma longa L.). La curcumine possède de nombreux attributs thérapeutiques, notamment des capacités anti-inflammatoires, antioxydantes, anticancéreuses et antimicrobiennes 8,9. Une étude antérieure a révélé que l’aPDT utilisant CUR diminuait efficacement C. albicans dans un modèle murin de candidose buccale sans causer de dommages aux tissus de l’hôte10. Le CUR est le principal curcuminoïde extrait du curcuma, mais d’autres polyphénols, tels que la déméthoxycurcumine et la bis-déméthoxycurcumine, se trouvent également dans cette plante. L’aPDT médiée par les curcuminoïdes a démontré une activité antibactérienne contre les biofilms de Staphylococcus aureus cultivés dans des cathéters11. Cependant, à notre connaissance, son activité antifongique contre C. albicans reste incertaine. Par conséquent, dans cette étude, nous avons évalué l’aPDT médiée par un sel curcuminoïde contre C. albicans dans un modèle murin de CO.
Le protocole de recherche pour l’utilisation des souris a été approuvé par le Comité d’éthique de l’utilisation des animaux (numéros de cas 05/2008 et 09/2020) à l’École de médecine dentaire d’Araraquara, UNESP. C. albicans (ATCC 90028) a été utilisé comme souche de référence. Des souris suisses femelles de six semaines (n = 45), avec une masse corporelle comprise entre 20 et 30 g, ont été utilisées pour la présente étude. Les animaux ont été fournis par l’Université d’État de São Paulo, UNESP, Botucatu.
1. Préparation du PS et sélection de la source lumineuse pour l’aPDT
2. Préparation de l’inoculum de C. albicans
3. Induction du CO chez la souris
NOTE : La méthodologie suivante a été décrite précédemment par Takakura et al.13 et reproduite par notre groupe10,14, avec quelques modifications.
4. Thérapie photodynamique antimicrobienne et récupération de C. albicans à partir de lésions buccales
5. Analyses histopathologiques
Le modèle murin de CO a montré des taches blanches et des pseudomembranes typiques sur la langue de toutes les souris infectées (Figure 4A). Les C. albicans récupérés sur des animaux C-L- ont confirmé la colonisation tissulaire par ce microorganisme (les valeurs variaient de 1,62 x 104 à 4,80 x 105 UFC/mL). Comme prévu, les animaux du groupe NCtr n’ont montré aucune altération tissulaire ou croissance de la colonie après l’échantillonnage (figure 4B).
La TPa a diminué la viabilité de C. albicans lorsque les curcuminoïdes ont été utilisés à 80 μM pour la photosensibilisation (figure 5). La réduction moyenne du log10 obtenue avec l’aPDT médiée par le PS de 80 μM était de 2,47, par rapport à celle du groupe C-L- (p = 0,008).
Le nombre de colonies de C. albicans récupérées sur la langue des souris n’était pas significativement différent entre les souris traitées avec des curcuminoïdes sans éclairage (groupes C+L-), les souris traitées avec la lumière mais non photosensibilisées auparavant (groupes C-L+) et les souris non traitées (groupe C-L-) (p ≥ 0,210).
Les caractéristiques histologiques de la langue d’animaux non infectés (NCtr) ont montré des tissus normaux/sains, y compris une lamina propria, une membrane basale et des papilles filiformes intactes (Figure 6A). En revanche, lors de l’examen des images histopathologiques des langues des souris du groupe C-L-, il était évident que des levures et des filaments étaient présents dans la couche kératinisée de l’épithélium, bien qu’il n’y ait pas eu d’infiltration de champignons. Dans le tissu conjonctif sous-jacent, une légère réponse inflammatoire a été observée, principalement médiée par des cellules mononucléaires, et les papilles filiformes étaient remarquablement absentes (Figure 6B). L’analyse histologique des langues des souris des groupes C+L- et C-L+ a montré des caractéristiques similaires. En revanche, les sections de langue de souris traitées avec 80 μM d’aPDT médiée par curcuminoïde ont révélé un nombre réduit de cellules fongiques, principalement limitées à la couche kératinisée de l’épithélium (Figure 6C).
Figure 1 : Structure chimique du photosensibilisateur. Structure chimique du mélange de sels hydrosolubles utilisé comme photosensibilisant, comprenant 53,4 % de curcumine naturelle et 46,6 % d’autres curcuminoïdes (déméthoxycurcumine et bis-déméthoxycurcumine). La masse moléculaire moyenne finale est de 730,32 g/mol. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : Chronologie du protocole pour le modèle murin de candidose buccale et de TPDa. Une chronologie décrivant le protocole pour le modèle murin de candidose buccale et la thérapie photodynamique antimicrobienne (TPDa). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : Illumination de la langue de souris après photosensibilisation. Après la photosensibilisation (incubation du tissu infecté avec le photosensibilisateur), les langues ont été éclairées à 37,5 J/cm2 à l’aide d’une lumière LED bleue (~455 nm). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 4 : Lésions blanches dans le modèle murin de candidose buccale. (A) Images représentatives illustrant les lésions blanches observées dans le modèle murin de candidose buccale. (B) Contrôle négatif (non infecté). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 5 : Candida albicans récupéré sur la langue de souris. Les données représentent les valeurs moyennes ±écart-type de log10(UFC/mL) des groupes de traitement. L’ANOVA à un facteur de Welch a indiqué que les effets des traitements étaient statistiquement significativement différents entre les groupes (p < 0,001). Différentes lettres minuscules (a, b, c) à côté des moyennes indiquent des différences statistiquement significatives selon le test Games-Howell (p≤ 0,030). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Figure 6 : Images représentatives de coupes histologiques de langues de souris. Des coupes histologiques de langues de souris ont été colorées avec PAS-H, et les images ont été capturées à 200x. (A) Souris témoins négatives sans candidose buccale induite, photosensibilisation et illumination (groupe NCtr). (B) Souris atteintes de candidose buccale induite, non photosensibilisées ni exposées à l’éclairage LED (groupe C-L). (C) Animaux atteints de candidose buccale induite, exposés à des curcuminoïdes de 80 μM et à un éclairage LED de 37,5 J/cm2 (groupe C+L+ 80). Barres d’échelle = 100 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Fichier supplémentaire 1 : Groupes expérimentaux. Une liste des groupes expérimentaux utilisés dans la présente étude. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
C. albicans a été associé à des infections buccales et œsophagiennes chez les personnes immunodéprimées, au diabète sucré, à l’utilisation prolongée d’antibiotiques et à une mauvaise hygiène bucco-dentaire 1,3. L’étude des maladies infectieuses humaines nécessite des investigations in vitro et in vivo avant que les essais cliniques puissent être conçus de manière sûre et précise. La présente étude décrit une méthode d’établissement d’un modèle murin de CO, qui peut être utilisé pour évaluer la pathogenèse des infections buccales par C. albicans et l’efficacité des approches antifongiques 15,16,17,18,19.
Le modèle murin de CO utilisé ici a été établi avec succès, comme en témoignent la récupération substantielle de la charge fongique des lésions ainsi que les caractéristiques de l’infection observées dans les analyses macroscopiques et histopathologiques de la langue des souris infectées. De nombreuses études ont utilisé des modèles murins similaires de CO. Dans de tels modèles, les souris femelles sont immunodéprimées et inoculées avec C. albicans, ce qui entraîne des lésions sur la langue 10,13,14,15,20,21. L’immunosuppression par la prednisolone, un glucocorticoïde, inhibe l’activité des neutrophiles contre C. albicans22. Dans cette étude, des souris femelles ont été immunodéprimées avec deux injections sous-cutanées de prednisolone, un jour avant et trois jours après l’infection à C. albicans13. De plus, l’administration de tétracycline dans l’eau potable au cours de l’expérience a provoqué une dysbiose buccale en perturbant les bactéries buccales et en aidant C. albicans à se développer23,24. De plus, la sédation causée par l’injection intramusculaire de chlorure de chlorpromazine empêchait les animaux de boire de l’eau et de manger immédiatement après l’inoculation. Ainsi, les cellules fongiques sont restées plus longtemps en contact avec le dos de la langue, permettant le développement de tubes germinatifs et la transition des levures aux filaments (hyphes et pseudohyphes), qui sont les morphologies pathogènes de C. albicans qui peuvent envahir l’épithélium humain. Teichert et coll.25 ont utilisé un protocole d’immunodéficience pour induire la contraceptivité orsale chez la souris et n’ont récupéré que 2 x 102 UFC/mL de C. albicans.
Bien que Totti et al.26 aient utilisé des souris sialoadenectomisées et effectué quatre inoculations distinctes avec une suspension de C. albicans , il convient de noter que, dans leur cas, l’infection n’a pas été maintenue chez la plupart des animaux au cours de l’expérience. En revanche, dans la présente étude, l’inoculation de cellules fongiques n’a été effectuée qu’une seule fois, et elle a permis de récupérer 104 UFC/mL de C. albicans dans la cavité buccale. Cette étude a utilisé le modèle murin de candidose décrit par Takakura et coll.13, qui ont effectué l’inoculation orale d’une souche clinique isolée d’un patient atteint de candidose cutanée (106 UFC/mL). Trois à sept jours après l’inoculation, 105-10 6 UFC/mL de C. albicans ont été récupérés dans la cavité buccale des souris13. Les différences entre la méthode de Takakura et al.13 et la présente étude comprennent l’utilisation de différentes concentrations fongiques dans l’inoculum (cette étude a utilisé 10à 7 UFC/mL de C. albicans) et différentes souches de C. albicans pour l’inoculation orale (la souche de référence ATCC 90028 a été utilisée ici). Carmello et al.20 ont utilisé un protocole similaire, qui impliquait l’utilisation d’animaux immunodéprimés. Cependant, ils ont administré deux injections sous-cutanées supplémentaires de prednisolone aux animaux les jours 1, 5, 9 et 13 de l’expérience. Leur étude a révélé une corrélation positive entre les scores attribués aux lésions buccales des animaux infectés et le nombre d’UFC/mL sur une période allant de 5 à 16 jours après l’infection. Il a été bien établi dans des recherches antérieures qu’il est crucial de surveiller de près les animaux sous anesthésie pour prévenir l’hypothermie. Des doses d’entretien supplémentaires de kétamine doivent être administrées avec discrétion, uniquement lorsque cela est nécessaire27.
En ce qui concerne l’efficacité de l’application de l’aPDT, les résultats ont montré que l’irradiation de langues préalablement traitées avec un mélange de sels de curcuminoïdes de 80 μM entraînait une réduction significative (2,47 log10) de la viabilité de C. albicans. Les analyses histologiques ont révélé que des coupes de langues traitées avec 80 μM d’aPDT médiée par curcuminoïde présentaient un nombre réduit de cellules fongiques, qui étaient limitées à la couche kératinisée, et une faible réponse inflammatoire. Il convient de souligner qu’une réponse inflammatoire a été détectée chez toutes les souris infectées par C. albicans. Cette observation implique que l’inflammation observée dans tous les groupes aPDT pourrait être liée à une infection à Candida plutôt que d’être attribuée à l’aPDT, une conclusion cohérente en accord avec nos recherches antérieures 10,13,14,15.
Des études antérieures ont utilisé le CUR, le bleu de méthylène et la photodithazine (PDZ) comme PS et ont obtenu des résultats prometteurs 10,20,24,25,27. Dans une étude similaire10, une exposition combinée à la lumière CUR et à la lumière LED a entraîné une réduction significative de la viabilité de C. albicans ; cependant, l’utilisation de 80 μM de CUR et de lumière a réduit la viabilité fongique de 4,0 log10. Dovigo et al.10 n’ont utilisé que CUR comme PS, alors que nous avons utilisé un sel contenant les trois principaux curcuminoïdes de C. longa. Lorsque le CUR (260 μM) et la lumière LED ont été utilisés pendant cinq jours consécutifs dans le traitement de la candidose buccale chez la souris, les auteurs ont observé une réduction de 1,11 log10 de la viabilité fongique21. Lorsque le bleu de méthylène a été utilisé comme PS à 450 μg/mL et 500 μg/mL, l’aPDT a totalement éradiqué C. albicans de la cavité buccale des souris25. De plus, lorsque l’aPDT était médiée par la PDZ (100 mg/L), une réduction de 3,0 log10 et une rémission complète des lésions buccales ont été observées20. De plus, l’aPDT a augmenté l’expression du TNF-α par rapport à celle du groupe20 non traité. Dans une étude où une souche résistante au fluconazole a été utilisée, l’aPDT médiée par la PDZ (200 mg/L) a favorisé une réduction équivalente à 1,3 log1027. De plus, la combinaison de l’aPDT et de la nystatine a entraîné une réduction substantielle de la viabilité fongique, soit une diminution de 2,6 log10, ainsi que des améliorations notables des lésions buccales et une réduction de la réponse inflammatoire27. Collectivement, ces études fournissent des preuves convaincantes de l’efficacité de l’aPDT dans la réduction de la charge fongique dans le modèle murin de candidose buccale, soulignant son potentiel en tant qu’option de traitement clinique en raison de son efficacité antimicrobienne sans nuire aux tissus de l’hôte.
En conclusion, le modèle murin de CO utilisé dans cette étude est approprié pour imiter l’infection et évaluer l’efficacité de l’aPDT. Par conséquent, le modèle OC utilisé ici n’a utilisé qu’une seule souche de référence de C. albicans (les autres souches, les isolats cliniques et les espèces de Candida non albicans n’ont pas été évalués). De plus, l’immunosuppression induite par les corticostéroïdes utilisée chez les souris pour développer une infection buccale peut ne pas imiter d’autres états d’immunodéficience, tels que celui dû à l’infection par le VIH. Il peut également y avoir des différences dans les conditions de l’hôte pour développer le CO, comme le microbiote buccal des souris et des humains. Ce protocole devrait être élargi pour évaluer les biofilms mixtes formés par plus d’une espèce ou par différentes souches d’une même espèce. De plus, garder les souris sous sédation adéquate et prévenir l’hypothermie tout en évitant la mortalité liée à l’anesthésie sont les étapes les plus difficiles du protocole.
Les auteurs remercient la FAPESP (Fondation de recherche de São Paulo, numéro de processus FAPESP #2013/07276-1 (CePID CePOF) et 2008/00601-6. Nous remercions également le Dr Ana Paula Silva pour avoir fourni les informations sur le sel soluble dans l’eau à base de CUR.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
C. albicans | ATCC (Rockville, Md, USA) | 90028 | Used to prepare the Candida inoculum |
Centrifuge | Eppendorf Centrifuge 5804/5804R,B. Braun, Melsungen, Hesse, Germany | 022628146 (NA) | Used to prepare the Candida inoculum |
Chlorpromazine chloride 2 mg/mL | Compounding pharmacy, Araraquara, SP, Brazil | - | Used to sedate animals during candida inoculation |
Curcumin-based water-soluble salt | PDTPharma, Cravinhos, Brazil | - | Consisting of 53.4% of natural curcumin, and 46.6% of other curcuminoids (demethoxycurcumin and bis-demethoxycurcumin). Prepared in water and N-MethylD-Glucamine (final average molecular weight of 730.32 g.mol−1) |
Digital colony counter | CP 600 Plus, Phoenix Ind Com Equipamentos Científicos Ltda, Araraquara, SP, Brazil | - | Used to count colonies on agar plates |
Extruded mouse chow | Benelab food, Industry Qualy Animal Nutrition and Commerce Ltda., Lindóia, São Paulo State, Brazil. | - | Used for the feeding of the mice |
Ketamine Hydrochloride 10% | Ketamina Agener, União Química Farmacêutica Nacional S/A, Embu-Guaçu, SP, Brazil | - | Used to anesthetize animals before treatments and for euthanasia |
Light-emitting diode handpiece (prototype) | Instituto de Física de São Carlos, University of São Paulo, São Carlos, SP, Brazil | - | Fabricated with LXHL-PR09, Luxeon III Emitter, Lumileds Lighting, San Jose, California, USA |
Methylprednisolone acetate 40 mg | DEPO-MEDROL, Pfizer, New York | - | Used as an immunosuppressant |
Microtome | Leica Microsystems, Bannockburn, IL, USA | SM2500 | Used to cut the serial sections of the tongues |
Propylene boxes (cages housing) H13 x L20 x D30 cm | Bonther Equipaments, Ribeirão Preto, SP, Brazil | - | Used to keep the animals throughout the experimental period |
Sabouraud Dextrose Agar with Chloramphenicol | HiMedia, Mumbai, India | MM1067-500G | Culture medium for yeast growth (agar) |
Spectrophotometer | Spectrophotometer Kasvi K37-VIS , São José dos Pinhais, PR, Brazil | K37-VIS | Used to standardize the inoculum concentration |
Tetracycline hydrochloride | Compounding pharmacy, Araraquara, SP, Brazil | - | Antibiotic given to induce oral dysbiosis |
Wood shavings | J.R. Wood Shavings, Comerce of Sawdust Ltda., Conchal, São Paulo State, Brazil | - | Used for floor covering inside the housing boxes |
Xylazine 2% | Calmiun, União Química Farmacêutica Nacional S/A, Embu-Guaçu, SP, Brazil | - | Used in combination with ketamine for anesthesia |
Yeast Nitrogen Broth | Difco, InterLab, Detroit, MI, USA | DF0919-07-3 | Culture medium for yeast growth (broth) |
Yeast Peptone Dextrose Broth | NutriSelect Basic, Sigma Aldrich | Y1375 | Culture medium for maintaining the strains at -80°C and grow |
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