Antimicrobial photodynamic inactivation mediated by methylene blue: Analysis of inactivation kinetics and biochemical mechanisms / Inativação fotodinâmica antimicrobiana mediada por azul de metileno: Análises de cinética de inativação e mecanismos bioquímicos

The widespread use of antimicrobial chemotherapy in medicine and livestock production imposed an evolutive selection of drug-resistant strains worldwide. As a result, the effectiveness of our current antimicrobial armamentarium is constantly being reduced to alarming levels. Therefore, novel antimicrobial therapeutic strategies are urgently needed. Antimicrobial photodynamic therapy (APDT) comes to this scenario as a powerful tool to counteract the emergence of microbial drug-resistance. Its mechanisms of action are based on simultaneous oxidative damage of multiple targets and, therefore, it is much less likely to allow any type of microbial resistance. Therefore, the objectives of this study were focused into establishing 1) a mathematical tool to allow precise analysis of microbial photoinactivation; 2) a broad analysis of APDT effectiveness against global priority drug-resistant pathogens; 3) inhibition of ßlactamase enzymes; and 4) how the biochemical mechanisms of APDT avoid emergence of resistance. The main results obtained through the investigation led by this thesis were divided into 4 scientific articles regarding each of the above-mentioned objectives. In summary, we discovered that 1) a power-law function can precisely fit all microbial inactivation kinetics data and provide insightful information of tolerance factors and lethal doses; 2) there is no correlation between drug-resistance and APDT sensitivity, i.e., extensively drug resistant microorganisms are killed in the same kinetics as drug-sensitive controls; 3) ß-lactamases are very sensitive to photodynamic inhibition; 4) biochemical mechanisms of APDT promote oxidative damages to external cell membranes, DNA and proteins whereas the main cause of microbial death seems to be directly associated with protein degradation. Thus, we conclude that APDT is effective against a broad-spectrum of pathogens and has minimum chances of promoting resistance mechanisms

O amplo uso da quimioterapia antimicrobiana impôs uma seleção evolutiva de cepas resistentes a medicamentos. Como resultado, a eficácia dos fármacos antimicrobianos tem sido reduzida a níveis alarmantes. Portanto, novas estratégias terapêuticas antimicrobianas são urgentemente necessárias. A terapia fotodinâmica antimicrobiana (TFDA) entra neste cenário como uma ferramenta poderosa para combater a resistência microbiana. Seus mecanismos de ação são baseados no dano oxidativo sobre múltiplos alvos e, portanto, é muito menos provável que permita o surgimento de qualquer tipo de resistência. Os objetivos deste estudo foram focados ao estabelecimento de 1) modelo matemático para análise precisa da fotoinativação microbiana; 2) ampla análise da eficácia da TFDA contra patógenos resistentes a fármacos antimicrobianos de prioridade global; 3) inibição de ß-lactamases por TFDA; e 4) como os mecanismos bioquímicos da TFDA evitam o surgimento de resistência. Os principais resultados obtidos através da investigação conduzida por esta tese foram divididos em 4 artigos científicos. Em resumo, descobrimos que 1) uma função de lei de potência pode ajustar com precisão todos os dados de cinética de inativação microbiana e fornecer informações detalhadas sobre fatores de tolerância e doses letais; 2) não há correlação entre resistência à quimioterapia antimicrobiana e sensibilidade à TFDA, isto é, cepas extensivamente resistentes aos antimicrobianos são inativadas sob a mesma cinética que controles sensíveis aos antimicrobianos; 3) ß-lactamases são altamente sensíveis à inibição fotodinâmica; 4) os mecanismos bioquímicos da TFDA promovem danos oxidativos às membranas celulares e DNA, porém, a principal causa de morte microbiana é diretamente associada à degradação das proteínas. Assim, concluímos que a TFDA é eficaz contra um amplo espectro de patógenos e tem chances mínimas de promover mecanismos de resistência

Methylene blue-related corneal edema and iris discoloration / Edema de córnea e descoloração de íris associados ao azul de metileno

ABSTRACT We report the case of a 70-year-old female patient who developed corneal edema and iris discoloration following the inadvertent use of 1% methylene blue instead of 0.025% trypan blue to stain the anterior capsule during cataract phacoemulsification surgery. Copious irrigation was performed upon realization of incorrect dye use. Corneal edema and iris discoloration developed during the early postoperative period and persisted at 24-months follow-up. However, keratoplasty was not required. The intracameral use of 1% methylene blue has a cytotoxic effect on the corneal endothelium and iris epithelium. Copious irrigation for at least 30 min using an anterior chamber maintainer may improve outcomes.

RESUMO Paciente do sexo feminino com 70 anos de idade desenvolveu edema da córnea e descoloração da íris após o uso inadvertido de 1% de azul de metileno em vez de 0,025% de azul tripano para corar a cápsula anterior do cristalino durante a cirurgia de catarata por facoemulsificação. Foi realizada irrigação abundante quando detectou-se que o corante incorreto tinha sido usado. Edema da córnea e descoloração íris que ocorreu no período pós-operatório precoce persistiu durante 24 meses de seguimento; no entanto, a ceratoplastia não foi necessária. O uso intracameral de 1% de azul de metileno tem efeitos citotóxicos sobre o endotélio da córnea e epitélio da íris. A irrigação abundante durante pelo menos 30 minutos, utilizando um mantenedor de câmara anterior pode resultar em um prognóstico melhor.

O Papel do óxido nítrico na patogênese da leptospirose experimental em hamsters e camundongos / The role of nitric oxide in the pathogenesis of experimental leptospirosis in hamsters and mice

A patogênese da leptospirose é pouco compreendida e os estudos com. enfoque na resposta inflamatória sistêmica ou local são escassos, em especial no que se refere ao papel do óxido nítrico (NO) e da enzima óxido nítrico sintase induzível (iNOS). Dados de ensaios em culturas de células renais sugerem um papel importante da liberação de mediadores inflamatórios, tais como NO, na resposta às leptospiras e consequente nefrite intersticial. A transposição destes achados para o modelo in vivo foi pouco explorada. Por outro lado, estudos em humanos sugerem que a liberação sistêmica de NO correlaciona-se com a gravidade da doença renal e, portanto, pode ser um potencial alvo para terapia adjuvante à antibioticoterapia. O presente trabalho estudou a correlação da iNOS com distúrbios hidroeletrolíticos na patogênese da leptospirose. No modelo experimental de hamsters, avaliamos a associação da inibição dos efeitos do NO, através da terapia combinada de antibioticoterapia padrão e azul de metileno, com distúrbios eletrolíticos, alterações histopatológicas em hamsters e sobrevida. Nenhum benefício da terapia adjuvante com azul de metileno foi demonstrado. No modelo de camundongos transgênicos, investigamos o efeito da ausência do gene da iNOS na nefrite intersticial e na quantidade de bactérias observadas nos tecidos. A ausência do gene iNOS esteve associado a menor frequência de nefrite intersticial grave. Maiores estudos são necessários para investigar a função da inibição da produção de NO na patogenia da doença e da nefrite associada a leptospirose.

The pathogenesis of leptospirosis is poorly understood, and there are few studies fusing on the systemic or local inflammatory responses, especially referring to the role of nitric oxide (NO) and the enzyme inducible nitric oxide synthase (iNOS). Data from in vitro studies suggest an important role of inflammatory mediators, such as NO, in the response to leptospires in the development of interstitial nephritis. The transposition of these findings to an in vivo model was little explored. However, studies in humans suggest that systemic liberation of NO is correlated with severity of renal disease and therefore can be potential target to adjuvant therapy along with antibiotic therapy. The present work evaluated the correlation of iNOS with the pathogenesis of leptospirosis. In the experimental hamster model, we evaluated the effect of inhibiting downstream effects of NO on electrolytic disorders, histopathological changes and survival. No benefit of methylene blue treatment could be observed when compared to antibiotic (ampicillin) therapy only. In the mouse transgenic model, we investigated the effect of the absence of the Inos gene in interstitial nephritis and in the bacterial burden in target tissues. The absence of a functional iNOS gene was associated with lower frequency of severe interstitial nephritis.

Methylene blue for vasoplegic syndrome treatment in heart surgery: fifteen years of questions, answers, doubts and certainties / Azul de metileno no tratamento da síndrome vasoplégica em cirurgia cardíaca: quinze anos de perguntas, respostas, dúvidas e certezas

OBJECTIVE: There is strong evidence that methylene blue (MB), an inhibitor of guanylate cyclase, is an excellent therapeutic option for vasoplegic syndrome (VS) treatment in heart surgery. The aim of this article is to review the MB's therapeutic function in the vasoplegic syndrome treatment. METHODS: Fifteen years of literature review. RESULTS: 1) Heparin and ACE inhibitors are risk factors; 2) In the recommended doses it is safe (the lethal dose is 40 mg/kg); 3) The use of MB does not cause endothelial dysfunction; 4) The MB effect appears in cases of nitric oxide (NO) up-regulation; 5) MB is not a vasoconstrictor, by blocking of the GMPc system it releases the AMPc system, facilitating the norepinephrine vasoconstrictor effect; 6) The most used dosage is 2 mg/kg as IV bolus followed by the same continuous infusion because plasmatic concentrations strongly decays in the first 40 minutes; 7) There is a possible "window of opportunity" for the MB's effectiveness. CONCLUSIONS: Although there are no definitive multicentric studies, the MB used to treat heart surgery VS, at the present time, is the best, safest and cheapest option, being a Brazilian contribution for the heart surgery

OBJETIVO: Existem fortes evidências de que o azul de metileno (AM), um inibidor da guanilato ciclase, é uma excelente opção terapêutica para o tratamento da síndrome vasoplégica (SV) em cirurgia cardíaca. O objetivo deste artigo é rever o papel terapêutico do AM no tratamento da SV. MÉTODOS: Revisão da literatura em período de 15 anos. RESULTADOS: 1) A heparina e inibidores da ECA são fatores de risco; 2) Nas doses preconizadas é droga segura (a dose letal é de 40 mg/kg); 3) O AM não causa disfunção endotelial; 4) O efeito do AM só aparece em caso de supra-regulação de óxido nítrico (NO); 5) O AM não é um vasoconstritor, pelo bloqueio do sistema GMPc ele "libera" o sistema AMPc, facilitando o efeito vasoconstritor da noradrenalina; 6) A dosagem mais utilizada é 2 mg/kg em bolus endovenosa, seguida de infusão contínua, pois a concentração plasmática decai acentuadamente nos primeiros 40 minutos; 7) Existe possível "janela de oportunidade" para efetividade do AM. CONCLUSÃO: Embora não existam estudos multicêntricos definitivos, a utilização do AM no tratamento da SV em cirurgia cardíaca é, na atualidade, a melhor, mais segura e barata opção, sendo contribuição brasileira

Fatal pulmonary oedema following laparoscopic chromopertubation.

The body of a 30-year-old woman was received for autopsy. The available medical case records mentioned that she had been married for the past 3 years and had had primary infertility. She had undergone a diagnostic-cum-operative laparoscopy under general anaesthesia in a private nursing home. On laparoscopy, the internal genital organs were normal except for a fimbrial cyst on each side. Chromopertubation was done using methylene blue dye along with diagnostic dilatation and curettage. The patient was extubated and shifted to the recovery room. About 15 minutes later she developed cyanosis and became unconscious. She died despite sustained efforts at resuscitation.

Efeito do azul de metileno na resposta inflamatória e hemodinâmica em pacientes submetidos à cirurgia de revascularização miocárdica com circulação extracorpórea / Methylene blue use in coronary artery bypass surgery: a prospective randomized study of the hemodynamic and inflammatory responses

OBJETIVO: Estudar em pacientes submetidos à cirurgia de revascularização miocárdica com circulação extracorpórea os efeitos da infusão de azul de metileno na reação inflamatória sistêmica e nas condições hemodinâmica e laboratorial. MÉTODO: Foram estudados 60 pacientes randomizados em dois grupos, utilizando-se a infusão de azul de metileno em um dos dois grupos. Amostras de sangue foram colhidas antes da indução anestésica, 3, 6, 24 e 48 horas após o término da circulação extracorpórea para dosagens dos marcadores de inflamação (IL-1b, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12p40 e TNFa), NO, gasometria e outras dosagens de rotina. RESULTADOS: O grupo que utilizou azul de metileno mostrou, em diferentes momentos das coletas, maior resistência vascular sistêmica, menor concentração de TNFa, menor número de leucócitos e neutrófilos e menor nível de óxido nítrico. Não ocorreram efeitos adversos importantes. CONCLUSÕES: A infusão de azul de metileno não evidenciou alterações clínicas ou pulmonares adversas, mostrando uma tendência menor à resposta inflamatória sistêmica, menores níveis de óxido nítrico e melhor estabilidade hemodinâmica.