GA（III） - プロトポルフィリンIXによるブドウ球菌の急速な摂取と光力学的不活性化IX

抗菌性光線力学療法（APDT）は、薬物耐性ブドウ球菌感染の局所治療の有望な方法であり、細菌による光増感剤摂取の特異性を高めるメカニズムを特定することにより、さらに改善することができます。ここでは、以前に非公開の光増感特性を持つ蛍光ヘミン類似体であるGa（III） - プロトポルフィリンIX塩化物（GA-PPIX）が、MRSAなどの多剤耐性株を含む黄色ブドウ球菌によって数秒以内に取り上げることができることを示しています。ブドウ球菌によるGA-PPIXの取り込みは拡散制限である可能性が高く、高親和性細胞表面ヘミン受容体（CSHR）の発現、すなわち鉄制御された表面決定因子（ISD）タンパク質に起因します。構造活性の研究では、ヘム中心部とプロピオニル基の両方のイオン性が、取り込み特異性にとって重要であることが明らかになりました。GA-PPIXは、目に見える光源を使用して、黄色ブドウ球菌およびMRSAのいくつかの臨床分離株に対する光増感剤として評価され、405 nmダイオードアレイ（1.4 j/cm2）により照射を10秒で0.03μmで抗菌活性を備えています。コンパクトな蛍光電球を使用して、数分以内に抗菌活性を達成することもできます。Gappixは、臨床APDIで紹介されている標準的な光増感剤であるPPIXよりも何倍も強力であるだけでなく、HEK293細胞およびヒトケラチノサイトに対する細胞毒性が低いことを示しました。GA-PPIXの取り込みは、蛍光ベースのイメージングアッセイを使用して細菌性病原体の多様なパネルに対してスクリーニングされ、CSHRSを発現することが知られているいくつかのグラム陽性種による急速な取り込みが明らかになり、標的APDTの将来の候補が示唆されました。

Antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) is a promising method for the topical treatment of drug-resistant staphylococcal infections and can be further improved by identifying mechanisms that increase the specificity of photosensitizer uptake by bacteria. Here we show that Ga(III)-protoporphyrin IX chloride (Ga-PpIX), a fluorescent hemin analog with previously undisclosed photosensitizing properties, can be taken up within seconds by Staphylococcus aureus including multidrug-resistant strains such as MRSA. The uptake of Ga-PpIX by staphylococci is likely diffusion-limited and is attributed to the expression of high-affinity cell-surface hemin receptors (CSHRs), namely iron-regulated surface determinant (Isd) proteins. A structure-activity study reveals the ionic character of both the heme center and propionyl groups to be important for uptake specificity. Ga-PpIX was evaluated as a photosensitizer against S. aureus and several clinical isolates of MRSA using a visible light source, with antimicrobial activity at 0.03 μM with 10 s of irradiation by a 405 nm diode array (1.4 J/cm2); antimicrobial activity could also be achieved within minutes using a compact fluorescent lightbulb. GaPpIX was not only many times more potent than PpIX, a standard photosensitizer featured in clinical aPDI, but also demonstrated low cytotoxicity against HEK293 cells and human keratinocytes. Ga-PpIX uptake was screened against a diverse panel of bacterial pathogens using a fluorescence-based imaging assay, which revealed rapid uptake by several Gram-positive species known to express CSHRs, suggesting future candidates for targeted aPDT.