Experimental evaluation of the effect of porphyrins in antimicrobial photodynamic inactivation of burn wounds

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Objective. To studyandevaluate the effect of porphyrinson the microbialcontamination of infectedburnwounds in experimentalanimalsduringantimicrobialphotodynamicinactivation(PDI).

Materials and methods. Objects: asymmetric water-soluble porphyrins containing heterocyclic fragments on the periphery of the porphyrin cycle: benzoxazole residues (O-por), N-methyl benzimidazole (N-por) and benzothiazole (S-por). Animals: white mongrel Wistar rats weighing 250-300 g. (males, n=20), which received a III-degree contact burn contaminated with a test strain of S. аureus ATCC 29213. All animals are divided into four groups: No. 1 - PDI with O-por (n=5); No.2 – PDI with S-por (n=5); No. 3 – PDI with N-por (n=5); No. 4 (control) – PDI with 0.9% sterile sodium chloride solution (n=5). PDI parameters: LED light source (white light), maximum power: 20 W, maximum luminous flux: 1500-1800 lm, photo-irradiation time: 10 minutes. Two PDI sessions were conducted. Microbial contamination of wounds was studied in microbiological examination of wound discharge. The results of the microbiological study were qualitative (isolation of the causative agent of infection, its identification) and quantitative (determination of the number of colony-forming units (CFU/ml)). To evaluate the effectiveness of PDI, the values of the coefficient of logarithmic decrease in CFU of isolated microorganisms were calculated. Statistical data processing was performed in the R 4.2.1 environment (Rstudio 1.1.463).

Results. There was a decrease in the titer of microorganisms after the first and second sessions of PDI for all the studied compounds. The change in wound contamination towards pathogen clearance on the first day of the experiment was statistically significant for all porphyrin compounds tested (O-por p=0.0126;
S-por p=0.0377; N-por p=0.0128)comparedwith the controlgroup.According to the indicator, allthreetypes of porphyrinsshowed an efficiency of ≥90%.Thelogarithmicdecrease in CFUrangedfrom1to2dependingon the porphyrincompound,whichcorresponds to the inactivationof90to99% of microorganismsin the biomaterial.

Conclusions. The largest and statistically significant decrease in the number of microorganisms was observed in the groups of animals in which photosensitizers with heterocyclic fragments of benzimidazole
(N-por) and benzothiazole (S-por) were used, the indicators of logarithmic decrease in CFU was 2 (p=0.0065) and 1.3 (p=0.0232), respectively.

About the authors

Darya D. Kvashnina

Privolzhsky Research Medical University

Author for correspondence.
Email: daria_tsariova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9317-4816

PhD (Medicine), Associate Professor of the Department of Epidemiology, Microbiology and Evidence-Based Medicine

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Irina Yu. Shirokova

Privolzhsky Research Medical University

Email: shirokova_i@pimunn.net
ORCID iD: 0000-0002-8387-6344

PhD (Medicine), Bacteriologist, Head of the Bacteriological Laboratory of the University Clinic

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Natalya А. Belyanina

Privolzhsky Research Medical University

Email: belyanina_n@pimunn.net
ORCID iD: 0000-0002-8578-3600

Biologist of the Bacteriological Laboratory of the University Clinic

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Sergey А. Syrbu

G.A. Krestov Institute of Solution Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: ssa@isc-ras.ru
ORCID iD: 0000-0003-1482-2809

DSc (Chemistry), Professor, Head of the Laboratory "New Materials Based on Macrocyclic Compounds"

Russian Federation, Ivanovo

Natalia Sh. Lebedeva

G.A. Krestov Institute of Solution Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: nsl@isc-ras.ru
ORCID iD: 0000-0001-7260-3239

DSc (Chemistry), Associate Professor, Head of the Laboratory "Physical Chemistry of Supramolecular Systems Based on Macrocyclic Compounds and Polymers"

Russian Federation, Ivanovo

Zhanna V. Boeva

Privolzhsky Research Medical University

Email: zhnn_boeva@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-6594-4471

Laboratory Assistant of the Research Department

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Anastasiia А. Burashnikova

Privolzhsky Research Medical University

Email: burashnikova.nastasya@mail.ru
ORCID iD: 0009-0009-7102-4791

Laboratory Assistant of the Research Department

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Olga V. Kovalishena

Privolzhsky Research Medical University

Email: kovalishena_o@pimunn.net
ORCID iD: 0000-0002-9595-547X

DSc (Medicine), Head of the Department of Epidemiology, Microbiology and Evidence-Based Medicine

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Nikolai V. Saperkin

Privolzhsky Research Medical University

Email: saperkinnv@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3629-4712

PhD (Medicine), Associate Professor, Associate Professor of the Department of Epidemiology, Microbiology and Evidence-Based Medicine

Russian Federation, Nizhny Novgorod

Daniil K. Lazarev

Privolzhsky Research Medical University

Email: danilazar@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0002-2069-5367

Student

Russian Federation, Nizhny Novgorod

References

  1. Tiago H.S. Souza, José F. Sarmento-Neto, Sueden O. Souza, Bruno L. Raposo, Bruna P. Silva, Christiane P.F. Borges, Beate S. Santos, Paulo E. Cabral Filho, Júlio S. Rebouças, Adriana Fontes. Advances on antimicrobial photodynamic inactivation mediated by Zn (II) porphyrins. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews. 2021; 49. doi: 10.1016/j.jphotochemrev.2021.100454
  2. Логунова Е.В., Наседкин А.Н. Современный взгляд на антимикробную фотодинамическую терапию (обзор литературы). Лазерная медицина 2015; 19 (2): 44–52. / Logunova E.V., Nasedkin A.N. Modern view on antimicrobial photodynamic therapy (review of literature). Laser Medicine 2015; 19 (2): 44–52 (in Russian).
  3. Pérez-Laguna V., García-Luque I., Ballesta S., Rezusta A., Gilaberte Y. Photodynamic therapy combined with antibiotics or antifungals against microorganisms that cause skin and soft tissue infections: A planktonic and biofilm approach to overcome resistances. Pharmaceuticals (Basel) 2021; 14 (7): 603. doi: 10.3390/ph14070603
  4. Мишутина О.Л., Волченкова Г.В., Ковалева Н.С., Васильцова О.А., Фахрадова В.А. Фотодинамическая терапия в стоматологии (обзор литературы). Смоленский медицинский альманах 2019; 3: 102–111. / Mishutina O.L., Volchenkova G.V., Kovaleva N.S., Vasiltsova O.A., Fakhradova V.A. Photodynamic therapy in dentistry (literature review). Smolensk Medical Almanac 2019; 3: 102–111 (in Russian).
  5. Youf R., Müller M., Balasini A., Thétiot F., Müller M., Hascoët A., Jonas U., Schönherr H., Lemercier G., Montier T., Le Gall T. Antimicrobial photodynamic therapy: latest developments with a focus on combinatory strategies. Pharmaceutics 2021; 13 (12): 1995. doi: 10.3390/pharmaceutics13121995
  6. Openda Y.I., Ngoy B.P., Nyokong T. Photodynamic antimicrobial action of asymmetrical porphyrins functionalized silver-detonation nanodiamonds nanoplatforms for the suppression of Staphylococcus aureus planktonic cells and biofilms. Front Chem 2021; 9: 628316. doi: 10.3389/fchem.2021.628316
  7. Киселев А.Н., Лебедев М.А., Сырбу С.А., Юрина Е.С., Губарев Ю.А., Лебедева Н.Ш., Белянина Н.А., Широкова И.Ю., Ковалишена О.В., Койфман О.И. Синтез и исследование водорастворимых несимметричных катионных порфиринов как потенциальных фотоинактиваторов патогенов. Известия Академии наук. Серия химическая 2022; 71 (12):
  8. –2700. / Kiselev A.N., Lebedev M.A., Syrbu S.A., IUrina E.S., Gubarev Iu.A., Lebedeva N.SH., Belianina N.A., Shirokova I.Iu., Kovalishena O.V., Koifman O.I. Synthesis and study of water-soluble asymmetric cationic porphyrins as potential photoinactivators of pathogens. Russian Chemical Bulletin 2022; 71 (12): 2691–2700 (in Russian).
  9. Квашнина Д.В., Широкова И.Ю., Белянина Н.А., Иванова О.В., Стифеева Н.В.,
  10. Ковалишена О.В., Сырбу С.А., Лебедева Н.Ш. Фотодинамическая инактивация как перспективный метод борьбы с резистентными штаммами стафилококков. Эпидемиология и вакцинопрофилактика 2024; 23 (3): 19–26. doi: 10.31631/2073-3046-2024-23-3-19-26 / Kvashnina D.V., SHirokova I.Iu., Belianina N.A., Ivanova O.V., Stifeeva N.V., Kovalishena O.V., Syrbu S.A., Lebedeva N.Sh. Photodynamic inactivation as a promising method of combating resistant strains of staphylococci. Epidemiology and Vaccinal Prevention 2024; 23 (3): 19–26. doi: 10.31631/2073-3046-2024-23-3-19-26 (in Russian).
  11. Orenstein A., Klein D., Kopolovic J., Winkler E., Malik Z., Keller N., Nitzan Y. The use of porphyrins for eradication of Staphylococcus aureus in burn wound infections. FEMS Immunol Med Microbiol 1997; 19 (4): 307–314. doi: 10.1111/j.1574-695X.1997.tb01101.x
  12. Игнатова Н.И., Елагин В.В., Будруев И.А., Антонян А.Э., Стрельцова О.С., Каменский В.А. Применение фотодинамической инактивации в отношении возбудителей инфекций мочевыводящих путей. Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия 2022; 24 (4): 395–400. doi: 10.36488/cmac.2022.4.395-400 / Ignatova N.I., Elagin V.V., Budruev I.A., Antonian A.E., Strel'tsova O.S., Kamenskii V.A. The use of photodynamic inactivation against pathogens of urinary tract infections. Klinicheskaia mikrobiologiia i antimikrobnaia khimioterapiia 2022; 24 (4): 395–400. doi: 10.36488/cmac.2022.4.395-400 (in Russian).
  13. Гейниц А.В., Мустафаев Р.Д., Тихов Г.В., Кизевадзе Р.И. Фотодинамическая терапия в лечении перитонита (экспериментальное исследование). Лазерная медицина 2012; 16 (2): 58–62. / Geinits A.V., Mustafaev R.D., Tikhov G.V., Kizevadze R.I. Photodynamic therapy in the treatment of peritonitis (experimental study). Lazernaia meditsina 2012; 16 (2): 58–62 (in Russian).
  14. Вайнер Ю.С., Никонов С.Д., Атаманов К.В., Атаманов Д.К., Федорова Е.В. Разработка способа лечения распространенного гнойного перитонита (экспериментальное исследование). Лазерная медицина 2019; 23 (1): 46–52. doi: 10.37895/2071-8004-2019-23-1-46-52 /
  15. Vainer Iu.S., Nikonov S.D., Atamanov K.V., Atamanov D.K., Fedorova E.V. Development of a treatment method for common purulent peritonitis (experimental study). Lazernaia meditsina 2019; 23 (1): 46–52. doi: 10.37895/2071-8004-2019-23-1-46-52 (in Russian).
  16. Sun Y., Ogawa R., Xiao B.H., Feng Y.X., Wu Y., Chen L.H., Gao X.H., Chen H.D. Antimicrobial photodynamic therapy in skin wound healing: A systematic review of animal studies. Int Wound J 2020; 17 (2): 285–299. doi: 10.1111/iwj.13269

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. Logarithmic reduction rate of CFU in three porphyrin exposure groups

Download (69KB)

Copyright (c) 2025 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».