Photodynamic inactivation of planktonic and biofilm growing bacteria mediated by a meso-substituted porphyrin bearing four basic amino groups

Authors
Mamone, Leandro Ariel; Ferreyra, Darío David; Gándara, Lautaro; Di Venosa, Gabriela Mariana; Vallecorsa, Pablo Daniel; Saenz, Daniel Alberto; Calvo, Gustavo Hernán; Batlle, Alcira María del C.; Buzzola, Fernanda Roxana; Durantini, Edgardo Néstor; Casas, Adriana Gabriela
Publication Year
2016
Language
English
Format
article
Status
Published version
Description
Biofilm-associated diseases account for 80% of all infections in humans. Due to the emergence of antibiotic resistances, alternative therapies such as Photodynamic Inactivation (PDI) of microorganisms have emerged. Porphyrins with intrinsic positive charges have been proposed as successful photosensitizers (PSs) against microorganisms. We have recently designed the new synthetic porphyrin 5,10,15,20-tetrakis[4-(3-N,N-dimethylammoniumpropoxy)phenyl]porphyrin (TAPP) containing four basic amine groups in the periphery of the tetrapyrrolic macrocycle, which can acquire positive charges at physiological pH, thus favouring the interaction with biomembranes. Illumination of planktonic cultures of Staphylococcus aureus at 180 J/cm2 in the presence of 2.5 μM TAPP induced complete bacteria eradication. For the TAPP-PDI treatment of S. aureus biofilms, higher light fluences and PS concentrations were needed. Employing 20 μM TAPP and 180 J/cm2, around 3-log CFU reduction were obtained. In order to determine the efficacy of TAPP-PDI on Gram-negative bacteria, we performed planktonic and biofilm assays employing Pseudomonas aeruginosa. Much higher TAPP doses as compared to S. aureus were needed to achieve planktonic bacteria photosensitization (3-log CFU reduction at 20 μM TAPP and 180 J/cm2). On the other hand, high concentrations of TAPP were nontoxic to P. aeruginosa growing on biofilms, and employing 30 μM TAPP and 180 J/cm2 we obtained 3-log CFU reduction. The main conclusion of the present work is that TAPP is a promising and efficient PS capable of promoting photodynamic killing of both Gram-negative and -positive in planktonic bacteria, though more effectively in the latter. In addition, TAPP-PDI induces similar photoinactivation rates in both bacteria types growing on biofilms, with lower dark toxicity in the Gram-negative one.
Fil: Mamone, Leandro Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentina
Fil: Ferreyra, Darío David. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Gándara, Lautaro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentina
Fil: Di Venosa, Gabriela Mariana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentina
Fil: Vallecorsa, Pablo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentina
Fil: Saenz, Daniel Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentina
Fil: Calvo, Gustavo Hernán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentina
Fil: Batlle, Alcira María del C.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentina
Fil: Buzzola, Fernanda Roxana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Investigaciones en Microbiología y Parasitología Médica; Argentina
Fil: Durantini, Edgardo Néstor. Universidad Nacional de Río Cuarto. Facultad de Ciencias Exactas Fisicoquímicas y Naturales. Departamento de Química; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina
Fil: Casas, Adriana Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias. Universidad de Buenos Aires. Centro de Investigaciones sobre Porfirinas y Porfirias; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Hospital de Clínicas General San Martín; Argentina
Subject
BACTERIA
BIOFILM
PHOTODYNAMIC INACTIVATION
PLANKTONIC
PORPHYRIN
STAPHYLOCOCCUS AUREUS
Inmunología
Medicina Básica
CIENCIAS MÉDICAS Y DE LA SALUD
Access level
Open access
License
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/ar/
Repository
CONICET Digital (CONICET)
Institution
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
OAI Identifier
oai:ri.conicet.gov.ar:11336/47806