In vitro antibacterial and antibiofilm effects of cold atmospheric microwave plasma against Pseudomonas aeruginosa causing canine skin and ear infections. Issue 1 (7th November 2021)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Kim, Eun‐Joo; Hyun, Jae‐Eun; Kang, Yeong‐Hun; Baek, Seung‐Joon; Hwang, Cheol‐Yong
• Is Part Of: Veterinary dermatology. Volume 33:Issue 1(2022)
• Page Start: 29
• Page End: e10
• Publication Date: 2021-11-07
• Subjects: Veterinary dermatology -- Periodicals; Pet medicine -- Periodicals; 636.08965
• DOI: 10.1111/vde.13030
• Languages: English
• ISSNs: 0959-4493

Abstract

Abstract : Background: Pseudomonas aeruginosa is an opportunist pathogen that causes purulent inflammation in the skin and in the ears of dogs. Among the various virulence factors of P. aeruginosa, biofilms have been reported to result in antibiotic resistance, leading to therapeutic limitations. Cold atmospheric microwave plasma (CAMP) is known to have a high antimicrobial effect, which causes physical cell wall rupture and DNA damage. Hypothesis/Objectives: The objective of this study was to evaluate the antibacterial and antibiofilm effects of CAMP against planktonic bacteria and the biofilm of P. aeruginosa . Methods and materials: The antibacterial effect of CAMP against P. aeruginosa ATCC10145 and clinical isolates (n = 30) was evaluated using the colony count method. We also assessed the effect of CAMP on biofilm of P. aeruginosa ATCC strain by the colony count method, water‐soluble tetrazolium salt (WST) assay and confocal laser scanning microscopy (CLSM). Results: The complete eradication of P. aeruginosa (ATCC strain and clinical isolates) was achieved within 120 s at 50 W, and clinical isolates required 60 s shorter than the ATCC strain for complete eradication at 50 W. We also confirmed the time‐dependent bactericidal effect of CAMP at 50 W against ATCC strain biofilm. Conclusions and clinical importance: CAMP was effective against both planktonic bacteria and biofilm formation of P. aeruginosa . However, further studies on in vivo efficacy and safety in canine skin and ears are necessary to fully validate its clinical application. Abstract : Background – Pseudomonas aeruginosa is an opportunist pathogen that causes purulent inflammation in the skin and in the ears of dogs. Among the various virulence factors of P. aeruginosa, biofilms have been reported to result in antibiotic resistance, leading to therapeutic limitations. Cold atmospheric microwave plasma (CAMP) is known to have a high antimicrobial effect, which causes physical cell wall rupture and DNA damage. Hypothesis/Objectives – The objective of this study was to evaluate the antibacterial and antibiofilm effects of CAMP against planktonic bacteria and the biofilm of P. aeruginosa . Conclusions and clinical importance – CAMP was effective against both planktonic bacteria and biofilm formation of P. aeruginosa . However, further studies on in vivo efficacy and safety in canine skin and ears are necessary to fully validate its clinical application. 摘要: 背景‐铜绿假单胞菌是一种条件致病菌, 可引起犬皮肤和耳部化脓性炎症。在铜绿假单胞菌的各种毒力因子中, 有报道生物膜导致抗生素耐药, 限制了疗效。已知冷大气微波等离子体(CAMP)具有较高的抗菌作用, 从而引起物理细胞壁破裂和DNA损伤。 假设/目的‐本研究的目的是评价CAMP对浮游细菌和铜绿假单胞菌生物膜的抗菌和抗生物膜作用。 方法和材料‐使用菌落计数法评价CAMP对铜绿假单胞菌ATCC10145和临床分离株(n = 30)的抗菌作用。我们还通过菌落计数法、水溶性四唑盐(WST)试验和激光共聚焦显微镜(CLSM)评估了CAMP对铜绿假单胞菌ATCC菌株生物膜的影响。 结果‐铜绿假单胞菌 (ATCC菌株和临床分离株) 在50 W下120 s内完全根除, 在50 W下, 临床分离株完全根除所需时间比ATCC菌株短60 s。我们还证实了50 WCAMP对ATCC菌株生物膜的时间依赖性杀菌作用。 结论和临床重要性–CAMP对抑制浮游细菌和铜绿假单胞菌生物膜形成均有效。但有必要对犬皮肤和耳部的体内疗效和安全性进行进一步研究, 以充分验证其临床应用。 Résumé: Contexte: Pseudomonas aeruginosa est un pathogène opportuniste qui provoque une inflammation purulente de la peau et des oreilles des chiens. Parmi les différents facteurs de virulence de P. aeruginosa, il a été rapporté que les biofilms entraînent une résistance aux antibiotiques, entraînant des limitations thérapeutiques. Le CAMP (Cold atmospheric microwave plasma) est connu pour avoir un effet antimicrobien élevé, ce qui provoque une rupture physique de la paroi cellulaire et des dommages à l'ADN. Hypothèse/Objectifs : L'objectif de cette étude était d'évaluer les effets antibactériens et antibiofilm du CAMP contre les bactéries planctoniques et le biofilm de P. aeruginosa . Méthodes et matériel : L'effet antibactérien du CAMP contre P. aeruginosa ATCC10145 et les isolats cliniques (n = 30) a été évalué à l'aide de la méthode de comptage des colonies. Nous avons également évalué l'effet du CAMP sur le biofilm de la souche ATCC de P. aeruginosa par la méthode de comptage des colonies, le dosage du sel de tétrazolium hydrosoluble (WST) et la microscopie confocale à balayage laser (CLSM). Résultats : L'éradication complète de P. aeruginosa (souche ATCC et isolats cliniques) a été réalisée en 120 s à 50 W, et les isolats cliniques ont nécessité 60 s de moins que la souche ATCC pour une éradication complète à 50 W. Nous avons également confirmé l'effet bactéricide temps dépendant du CAMP à 50 W contre le biofilm de la souche ATCC. Conclusions et importance clinique : CAMP était efficace contre les bactéries planctoniques et la formation de biofilm de P. aeruginosa . Cependant, d'autres études sur l'efficacité et l'innocuité in vivo dans la peau et les oreilles canines sont nécessaires pour valider pleinement son application clinique. Zusammenfassung: Hintergrund: Pseudomonas aeruginosa ist ein opportunistisches Pathogen, welches eine eitrige Entzündung in der Haut und in den Ohren von Hunden verursacht. Unter den verschiedenen Virulenzfaktoren von P. aeruginosa wird ein Biofilm beschrieben, welcher zu antibiotischer Resistenz führt, was wiederum zu therapeutischen Limitierungen führt. Kaltes atmosphärisches Mikrowellenplasma (CAMP) ist bekannt für eine starke antimikrobielle Wirkung, die eine physische Zellwandruptur und eine Schädigung der DNA verursacht. Hypothese/Ziele: Das Ziel dieser Studie war eine Evaluierung der antibakteriellen und Antibiofilm Wirksamkeiten von CAMP gegenüber planktonischen Bakterien und dem Biofilm von P. aeruginosa . Methoden und Materialien: Die antibakterielle Wirkung von CAMP gegenüber P. aeruginosa ATCC10145 und klinischen Isolaten (n = 30) wurde mittels Koloniezählungsmethode evaluiert. Wir untersuchten auch die Auswirkung von CAMP auf den Biofilm von P. aeruginosa ATCC Stamm mittels Koloniezählungsmethode, wasserlöslichem Tetrazolium Salz (WST) Assay und konfokaler Laserscanmikroskopie (CLSM). Ergebnisse: Die gänzliche Auslöschung von P. aeruginosa (ATCC Stamm und klinische Isolate) wurde innerhalb von 120s bei 50 W erzielt, klinische Isolate benötigten 60s weniger als die ATCC Stämme für eine komplette Auslöschung bei 50 W. Wir bestätigten auch eine Zeit‐abhängige bakterizide Wirkung von CAMP bei 50 W gegenüber dem Biofilm von ATCC Stämmen. Schlussfolgerungen und klinische Bedeutung: CAMP war gegenüber planktonischen Bakterien sowie Biofilmbildung von P. aeruginosa wirksam. Es sind jedoch weitere Studien nötig, um die in vivo Wirksamkeit und Sicherheit auf der Haut und in den Ohren des Hundes zu untersuchen, um die klinische Applikation vollständig zu validieren. 要約: 背景‐ Pseudomonas aeruginosa は、犬の皮膚や耳に膿性の炎症を引き起こす日和見病原体である。 P . aeruginosa の様々な病原因子の中でも、バイオフィルムは抗生物質耐性をもたらすことが報告されており、治療の限界につながっている。冷気マイクロ波プラズマ (CAMP) は高い抗菌効果を持つことが知られており、物理的な細胞壁の破壊及びDNAの損傷を引き起こす。 仮説・目的‐本研究の目的は、浮遊性細菌および P. aeruginosa のバイオフィルムに対するCAMPの抗菌・抗バイオフィルム効果を評価することであった。 材料と方法 ‐ P. aeruginosa ATCC10145および臨床分離株 (n = 30) に対するCAMPの抗菌効果をコロニーカウント法で評価した。また、 P . aeruginosa ATCC株のバイオフィルムに対するCAMPの効果をコロニーカウント法、水溶性テトラゾリウム塩 (WST) アッセイ法、共焦点レーザー走査型顕微鏡 (CLSM) で評価した。 結果 ‐ P. aeruginosa (ATCC株および臨床分離株) の完全な根絶は50Wで120秒以内に達成され、臨床分離株は50Wでの完全な根絶にATCC株よりも60秒短い時間を必要とした。また、ATCC株のバイオフィルムに対するCAMPの50Wでの時間依存的な殺菌効果を確認した。 結論と臨床上の重要性 ‐ CAMPは、浮遊性細菌及び P . aeruginosa のバイオフィルム形成の両方に対して有効であった。しかし、その臨床応用を完全に検証するためには、犬の皮膚や耳における in vivo の有効性及び安全性に関するさらなる研究が必要である。 Resumo: Contexto: Pseudomonas aeruginosa é um patógeno oportunista que causa inflamação purulenta na pele e orelhas de cães. Dentre os fatores de virulência de P. aeruginosa, os biofilmes têm sido relatados como causadores de resistência a antimicrobianos, levando a limitações terapêuticas. O plasma atmosférico frio (CAMP) é conhecido por apresentar elevada ação antimicrobiana, que causa ruptura física da parede celular e dano ao DNA. Hipótese/Objetivos: O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos antibacterianos e antibiofilme do CAMP contra bactérias P. aeruginosa nas formas planctônica e biofilme. Métodos e materiais: O efeito antibacteriano de CAMP contra P. aeruginosa ATCC10145 e isolados clínicos (n = 30) foi avaliado utilizando o método de contagem de colônias. Nós também avaliamos o efeito de CAMP no biofilme de P. aeruginosa cepa ATCC pelo método de contagem de colônias, ensaio de sal de tetrazólio solúvel em água (WST) e microscopia confocal de varredura a laser (CLSM). Resultados: A erradicação completa de P. aeruginosa (cepa ATCC e isolados clínicos) foi obtida dentro de 120 s a 50 W, e os isolados clínicos precisaram de 60 s a menos que a cepa ATCC para completar a erradicação a 50 W. Nós também confirmamos o efeito bactericida tempo‐dependente do CAMP a 50 W contra o biofilme da cepa ATCC. Conclusões e importância clínica: O CAMP foi eficaz contra bactérias planctônicas e formação de biofilme de P. aeruginosa . Entretanto, mais estudos sobre a eficácia in vivo e a segurança na pele canina e orelhas são necessários para validar a sua aplicação clínica. Resumen: Introducción: Pseudomonas aeruginosa es un patógeno oportunista que causa inflamación purulenta en la piel y en los oídos de los perros. Entre los diversos factores de virulencia de P . aeruginosa, se ha informado que la formación de biopelículas da lugar a resistencia a los antibióticos, lo que genera limitaciones terapéuticas. Se sabe que el plasma de microondas atmosférico frío (CAMP) tiene un alto efecto antimicrobiano, que provoca la ruptura física de la pared celular y daño al DNA bacteriano. Hipótesis/Objetivos: El objetivo de este estudio fue evaluar los efectos antibacterianos y antipelículas biológicas de CAMP contra bacterias planctónicas y el biofilm de P . aeruginosa . Métodos y materiales: Se evaluó el efecto antibacteriano de CAMP contra P . aeruginosa ATCC10145 y aislados clínicos (n = 30) utilizando el método de recuento de colonias. También evaluamos el efecto de CAMP sobre la biopelícula de la cepa ATCC de P . aeruginosa mediante el método de recuento de colonias, el ensayo de sal de tetrazolio soluble en agua (WST) y la microscopía de barrido láser confocal (CLSM). Resultados: la eleiminación completa de P . aeruginosa (cepa ATCC y aislados clínicos) se logró con 120s a 50 W, y los aislados clínicos requirieron 60s menos que la cepa ATCC para la eliminación completa a 50 W. También confirmamos efecto bactericida dependiente de tiempo de CAMP a 50 W contra la biopelícula de la cepa ATCC. Conclusiones e importancia clínica: CAMP fue eficaz tanto contra las bacterias planctónicas como contra la formación de biopelículas de P . aeruginosa . Sin embargo, son necesarios más estudios sobre la eficacia y seguridad in vivo en piel y oídos caninos para validar completamente su aplicación clínica. Conclusions and clinical importance: CAMP was effective against both planktonic bacteria and biofilm formation of P. aeruginosa. However, further studies on in vivo efficacy and safety in canine skin and ears are necessary to fully validate its clinical application.