Efeito de Zingiber zerumbet associado à terapia fotodinâmica antimicrobiana sobre a matriz extracelular de biofilmes de Candida albicans - Paro, Clara Brait [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
As infecções causadas por Candida spp. são associadas à formação de biofilmes, uma estrutura de células microbianas aderidas à uma superfície e incorporadas por uma matriz extracelular (MEC) a qual contribui para a preservação e resistência dos biofilmes, dificultando a ação de fármacos convencionais. Os extratos de vegetais vêm sendo amplamente utilizados por possuírem propriedades antioxidante, anti-inflamatória, antiviral e antimicrobiana. Estudos preliminares mostraram que o Zerumbona (ZER) - substância extraída do gengibre da espécie Zingiber zerumbet - foi eficaz na inibição de biofilme e reduziu o conteúdo de carboidratos e DNA extracelular da MEC, além de reduzir o crescimento de hifas de Candida albicans. A terapia fotodinâmica antimicrobiana (aPDT) tem sido utilizada para inativação de microrganismos. Na aPDT a célula-alvo é tratada com um agente fotossensibilizador (FS), e, em seguida, iluminada com uma fonte de luz no comprimento de onda específico. A interação da luz com o FS, na presença de oxigênio, resulta em espécies reativas de oxigênio (ROS) capazes de provocar a inativação celular. Além disso, o ZER possui relação com o controle e indução de formação de ROS. O objetivo deste projeto foi avaliar a associação entre Zerumbona (ZER) e a aPDT [mediada por Photodithazine® (200 mg/L) e luz LED (660 nm; 50 J/cm2), sobre biofilmes de C. albicans. Biofilmes de 48 horas foram pré-incubados com ZER por 20 min, seguida da aplicação do fotossensibilizador (P) e da luz (L), de forma isolada ou em associação, originando 8 grupos de tratamento (P+L+, P-L+, P+L-, P L-, P-L-ZER, P+L+ZER, P+L-ZER e P- L+ZER; n=12). A eficiência dos tratamentos foi avaliada por meio da contagem de unidades formadoras de colônias (UFC), biomassa total e insolúvel e quantificação dos componentes da MEC: proteínas, polissacarídeos solúveis em água (WSP) e em álcali (ASP), e DNA extracelular (eDNA). Os dados foram submetidos ao teste ANOVA three-way. A associação da ZER com aPDT (P+L+ZER) apresentou a maior eficácia entre os grupos de tratamento, reduzindo a viabilidade celular em 2,4 log10 (35,8%) e a biomassa total (61,6%) e insolúvel (55,5%). Também foi observado redução dos componentes da MEC dos biofilmes, como proteínas insolúveis (18,1%), WSP (70,8%), ASP (26,9%) e eDNA (84,1%) em comparação ao grupo controle (P-L-). A quantificação de proteínas totais não apresentou diferença estatística significativa entre os tratamentos. A exposição de biofilmes de C. albicans à ZER seguida da aPDT intensificou o efeito antibiofilme, diminuindo a viabilidade celular, a biomassa e os componentes da MEC, sendo uma alternativa promissora para terapias antifúngicas.

Infections caused by Candida spp. are associated with the formation of biofilms, which are structures of microbial cells adhered to a surface and embedded in an extracellular matrix (ECM). This matrix contributes to the preservation and resistance of biofilms, making conventional drug action more difficult. Plant extracts have been widely used due to their antioxidant, anti-inflammatory, antiviral, and antimicrobial properties. Preliminary studies have shown that Zerumbona (ZER)—a substance extracted from the ginger species Zingiber zerumbet - effectively inhibits biofilm formation and reduces the carbohydrate and extracellular DNA content of the ECM, as well as decreasing the growth of C. albicans hyphae. Antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) has been employed for the inactivation of microorganisms. In aPDT, the target cell is treated with a photosensitizing agent (PS) and then illuminated with a light source at a specific wavelength. The interaction of light with the PS, in the presence of oxygen, results in reactive oxygen species (ROS) that can induce cellular inactivation. Additionally, ZER has been associated with the control and induction of ROS formation. The aim of this project was to evaluate the association between Zerumbona (ZER) and aPDT [mediated by Photodithazine® (200 mg/L) and LED light (660 nm; 50 J/cm²)], on biofilms of C. albicans. Forty-eight-hour biofilms were preincubated with ZER for 20 minutes, followed by the application of the photosensitizer (P) and light (L), either alone or in combination, resulting in eight treatment groups (P+L+, P-L+, P+L-, P-L-, P-L-ZER, P+L+ZER, P+L-ZER, and P-L+ZER; n=12). Treatment efficacy was evaluated through the counting of colony-forming units (CFU), total biomass, insoluble biomass, and quantification of the ECM components: proteins, water-soluble polysaccharides (WSP), alkali-soluble polysaccharides (ASP), and extracellular DNA (eDNA). Data were subjected to a three-way ANOVA. The association of ZER with aPDT (P+L+ZER) showed the highest efficacy among treatment groups, reducing cellular viability by 2.4 log10 (35.8%) and total biomass by 61.6% and insoluble biomass by 55.5%. A reduction in the ECM components of the biofilms was also observed, including insoluble proteins (18.1%), WSP (70.8%), ASP (26.9%), and eDNA (84.1%) compared to the control group (P-L-). The quantification of total proteins did not show a statistically significant difference among the treatments. The exposure of C. albicans biofilms to ZER followed by aPDT increased the antibiofilm effect, reducing cellular viability, biomass, and ECM components, suggesting a promising alternative for antifungal therapies.
Effect of Zingiber zerumbet associated with antimicrobial photodynamic therapy on the extracellular matrix of Candida albicans biofilms
Keywords: Fotoquimioterapia; Candida albicans; Extratos vegetais; Biofilmes; Photochemotherapy; Candida albicans; Plant extracts; Biofilms