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In this study we investigated the synergistic antimicrobial effect of a dual protocol combining cold atmospheric pressure plasma (CAP) and antimicrobial photodynamic therapy (aPDT) against different planktonic bacterial and yeast species including methicillin-sensitive and methicillin-resistant Staphylococcus aureus, Escherichia coli, extended-spectrum β-lactamase-positive Escherichia coli and Candida albicans. A DBD plasma device was used for CAP treatment while for aPDT, toluidine blue O (TBO) was the photosensitizer (PS) of choice and a radiator emitting visible and water-filtered-Infrared A light (VIS-wIRA) was used as irradiation source.
Microbial suspensions were either exposed to CAP treatment alone, aPDT treatment alone or aPDT followed by CAP exposure in a dual treatment protocol. Aliquots from each suspension were plated on agar plates and the number of colonies surviving after each treatment was counted. Under the experimental conditions conducted in this study, combining sub-lethal exposure doses of CAP and aPDT treatment showed significantly higher antimicrobial efficacy (P<0.0001) compared to single treatments against all tested microorganisms suggesting a synergistic effect which yielded at least 3.3 log microbial reduction corresponding to 99.6 % microbial death. In the dual CAP-aPDT approach, aPDT did not interfere with CAP-induced acidification of solution, a crucial feature for CAP antimicrobial efficiency, which further confirms the promising clinical potential of this combination regime.
We believe that the CAP-aPDT dual approach described in this study holds great potential as a successful novel antimicrobial and healing-supporting strategy especially when directed for the management of acute and chronic wounds and possibly other skin and soft tissue infections. The use of a VIS-wIRA light source in treating skin infections is preferential, due to the additional therapeutic effects of wIRA in wound healing. Furthermore, the enhanced antimicrobial effects of aPDT when combined with CAP as shown in this study may grant for a reduction in treatment times and costs as well as improving patient compliance.
Aktinische Keratosen sind in der Dermatologie auf Grund ihrer Häufigkeit, ihrer bevorzugten Lokalisation in kosmetisch sensiblen Gebieten, wie im Gesicht und ihrer Neigung zur malignen Entartung von großer Bedeutung im klinischen Alltag. Daher sollten sie frühzeitig erkannt und effektiv therapiert werden. Zu dem gegenwärtigen Spektrum der Therapieoptionen gehören unter anderem die Kryotherapie, die operative Entfernung, topische Behandlungen mit Diclofenac/ Hyaluronsäure und Imiquimod, sowie die photodynamische Therapie. In dieser Arbeit wurde der hohe Stellenwert der PDT durch Erfassung von Effektivitäts und Verträglichkeitsparametern in der Behandlung aktinischer Keratosen ermittelt. 62 Patienten wurden mit 5-Aminolävulinsäure und Rotlicht einer Wellenlänge von etwa 630 nm behandelt. Die Datenerhebung erfolgte mit Hilfe eines eigens entwickelten Fragebogens. Fotodokumentationen und Biopsien wurden durchgeführt um den Behandlungserfolg zu objektivieren. Die kosmetischen Ergebnisse wurden sowohl in der Selbstbewertung durch die Patienten, als auch in der Fremdbewertung der Fotodokumentationen durch 105 Medizinstudenten und einen unabhängigen Oberarzt mit langjähriger klinischer Erfahrung als sehr gut gewertet. Klinisch wurde durch zwei PDT-Behandlungen mit 5-ALA und einer Energiedosis von 80 J/cm2 eine Vollremission bei 51 der 62 behandelten Patienten erzielt (82%). Die histologische Kontrolle von 15 der 62 Patienten ergab eine Vollremission bei 12 von 15 Patienten (80%). Somit gab es eine hohe Übereinstimmung zwischen der gestellten klinischen und histologischen Diagnose. Die PDT erscheint insgesamt in Hinblick auf die Wirksamkeit, das kosmetische Ergebnis, das Nebenwirkungsprofil und die akute und langfristige Verträglichkeit den oben genannten Therapien ebenbürtig oder sogar überlegen zu sein. Aus diesen Gründen geht die PDT mit einer hohen Akzeptanz durch die Patienten einher. Ein eindeutiger Vorteil der PDT liegt in der Behandlung der so genannten „field cancerization“. Durch ihre flächenhafte Wirkung lassen sich neben den sichtbaren Läsionen auch subklinische Läsionen in ausgedehnten, chronisch UV-geschädigten Hautarealen effektiv therapieren, und es treten weniger Rezidive bzw. Neoplasien in unmittelbarer Nähe der Primärläsion auf. Auf Grund der Tatsache, dass die PDT nicht invasiv ist und theroretisch beliebig oft wiederholt werden kann, eignet sie sich hervorragend für die Behandlung von Hautveränderungen mit einer schwierigen anatomischen Lokalisation und in kosmetisch sensiblen Arealen, wo andere Therapien, wie eine Operation oder die Kryotherapie auf Grund einer Narbenbildung oder Pigmentveränderung zu unbefriedigenden kosmetischen Ergebnissen führen könnten. Weiterhin ist die PDT äußerst praktikabel. Aufgrund dieser Tatsachen hat die PDT zu Recht einen festen Platz im Therapiespektrum bei aktinischen Keratosen verdient und sollte unter bestimmten Umständen als Therapie der ersten Wahl angesehen werden.