Development of a new approach (“Myc-PDI”) for the treatment of onychomycosis

Abstract

Die Onychomykose ist eine sehr häufige Erkrankung, deren Auftreten weltweit zunimmt und mit einer Pilzinfektion der Nägel einhergeht. Die Ineffizienz der verabreichte Antimykotika motiviert Bemühungen, nach alternativen Behandlungsmethoden zu suchen. Diese Dissertation untersucht die Auswirkungen der photodynamischen Inaktivierung (PDI) auf Dermatophyten und Schimmelpilze. Als Modellorganismen werden drei der Onychomykose auslösenden Pathogene untersucht: Trichophyton rubrum, Trichophyton interdigitale und der Schimmelpilz Scopulariopsis brevicaulis. Um das Potenzial der PDI gegen Onychomykose verursachende Pathogene, abzuschätzen, wurden Phototoxizitätstests mit drei Photosensibilisatoren (PS) durchgeführt: 5,10,15,20-Tetrakis(1-methylpyridinium-4-yl) porphyrintetra(p-toluenesulfonate) (TMPyP) und and 5,10,15-tris-(1-methylpyridinium-2-yl) corrolato-(trans-dihydroxo) phosphorus(V) (PCor+) sowie 4',5',7'-tetrabromo-3',6'-dihydroxyspiro[2-benzofuran-3,9'-xanthene] -1-one (Eosin G). Neben den Phototoxizitätstests wurden zeitaufgelöste Singulettsauerstoff-Lumineszenz Scans aufgenommen, die zur Verifizierung der PDI Effizienz genutzt wurden. Alle drei PS zeigen in vitro eine hohe phototoxische Wirkung. Diese konnte mit Singulettsauerstoff-Lumineszenzmessungen korreliert werden, bei denen ein hohes Singulettsauerstoff-Lumineszenzsignal erfasst wurde. An infizierten menschlichen Nägeln konnten die PS keinen phototoxischen Effekt induzieren. Singulettsauerstoff-Scans, die für einen Einblick in die zugrundeliegenden Ursachen durchgeführt wurden, zeigten fast kein Singulettsauerstoff-Lumineszenzsignal an menschlichen Nägeln. Könnten die verschiedenen bekannten Herausforderungen im Zusammenhang mit PDI an infizierten menschlichen Nägeln bewältigt werden, hätte die PDI das Potenzial, eine schnellwirkende Behandlung dieser Pilzinfektion im Zehennagel zu werden. Diese Studie zeigt erstmals den Zusammenhang zwischen der PDI-Behandlung von Onychomykose und Singulettsauerstoff.

Onychomycosis is a very common illness that befalls an increasing number of individuals worldwide and involves a fungal infection of the nails. The inefficiency of current treatments justifies the efforts to look for alternative treatment modalities. This dissertation investigates the impact of photodynamic inactivation (PDI) against dermatophytes and molds. Three of the causing pathogens of onychomycosis are under investigation: Trichophyton rubrum (T. rubrum), Trichophyton interdigitale (T. interdigitale) and the mold Scopulariopsis brevicaulis (S. brevicaulis). To assess the potential of PDI against onychomycosis causing pathogens, phototoxicity tests were performed using three photosensitizers (PSs): the cationic 5,10,15,20-Tetrakis(1-methylpyridinium-4-yl) porphyrintetra(p-toluenesulfonate) (TMPyP) and 5,10,15-tris-(1-methylpyridinium-2-yl) corrolato-(trans-dihydroxo) phosphorus(V) (PCor+) as well as the anionic 4',5',7'-tetrabromo-3',6'-dihydroxyspiro[2-benzofuran-3,9'-xanthene]-1-one (Eosin Y). Alongside the phototoxicity tests, time resolved singlet oxygen luminescence scans were conducted to serve as a control method of PDI. All three PSs proved to have a high phototoxic effect against the three fungi species in vitro. Those could be correlated with singlet oxygen measurements, where a high singlet oxygen luminescence signal was acquired. Contrary to the expectations from the in vitro experiments were the results obtained ex vivo: On infected human nails, the PSs were not able to induce a phototoxic effect. Singlet oxygen scans conducted to get insight into the reasons behind these results showed nearly no singlet oxygen luminescence signal on human nails. Addressing the various known challenges associated with PDI on infected human nails PDI would have a great impact within short time on treating the toenail fungal infection. This study, for the first time, shows the correlation between PDI treatment of onychomycosis and singlet oxygen.