Differential Modulation of Saliva-Derived Microcosm Biofilms by Antimicrobial Peptide LL-31 and D-LL-31.

Microbiome modulation, aiming to restore a health-compatible microbiota, is a novel strategy to treat periodontitis. This study evaluated the modulation effects of antimicrobial peptide LL-31 and its D-enantiomer (D-LL-31) on saliva-derived microcosm biofilms, spiked with or without Porphyromonas gingivalis. To this end, one-day-old biofilms were incubated for 24 h with biofilm medium alone, or medium containing 40 µM LL-31 or D-LL-31, after which biofilms were grown for 5 days. Biofilms were assessed at 1 day and 5 days after intervention for the total viable cell counts, dipeptidyl peptidase IV (DPP4) activity, P. gingivalis amount (by qPCR) and microbial composition (by sequencing). The results showed that D-LL-31, not LL-31, significantly reduced the total viable cell counts, the P. gingivalis amount, and the DPP4 activity of the biofilms spiked with P. gingivalis, but only at 1 day after intervention. In the biofilms spiked with P. gingivalis, D-LL-31 tended to reduce the α-diversity and the compositional shift of the biofilms in time as compared to the control and LL-31 groups. In conclusion, D-LL-31 showed a better performance than LL-31 in biofilm modulation. The biofilm modulation function of the peptides could be impaired when the biofilms were in a severely dysbiotic state.

Desenvolvimento de formulações probióticas de isolados clínicos de Lactobacillus spp. para controle de Candida albicans / Development of probiotic formulations of clinical isolates of Lactobacillus spp. for the control of Candida albicans

O uso de probióticos tem sido considerado uma alternativa para o controle das candidoses bucais, como a estomatite protética. Recentemente, nosso grupo de pesquisa isolou cepas clínicas bucais de Lactobacillus rhamnosus (5.2) e Lactobacillus fermentum (20.4) com atividade antifúngica contra Candida albicans. Entretanto, é necessário o desenvolvimento de formulações para uso clínico dessas cepas probióticas na cavidade bucal. Assim, o objetivo desse projeto foi desenvolver formulações probióticas em hidrogel gellan gum com atividade antifúngica que possam ser usadas no controle da estomatite protética. Para o preparo das formulações probióticas, as cepas L. rhamnosus 5.2 ou L. fermentum 20.4 foram incorporadas em formulações com diferentes concentrações de gellan gum (0,6 a 1%). A viabilidade das células de Lactobacillus nas formulações e o sistema de liberação foram testados em diferentes condições de armazenamento, incluindo tempo e temperaturas de estocagem. A seguir, os efeitos das formulações probióticas foram avaliados sobre C. albicans pelo método de difusão em ágar e sobre biofilmes microcosmos por contagem de células viáveis e análise de microscopia eletrônica de varredura. Os resultados demonstraram que todas as concentrações do gellan foram capazes de manter a viabilidade das células de L. rhamnosus e L. fermentum em torno de 5 a 7 log, durante 14 semanas, independentemente da temperatura de armazenamento (4°C ou temperatura ambiente). No teste de difusão em ágar, verificou-se que as formulações probióticas levaram à inibição de cepas padrão e clínicas de C. albicans, demonstrando que as cepas de Lactobacillus incorporadas no gellan mantiveram sua atividade antifúngica. As formulações probióticas também conseguiram inibir os biofilmes microcosmos provenientes de pacientes com estomatite protética, reduzindo o número de células viáveis de Candida e desestruturando a arquitetura dos biofilmes. Concluiu-se que o gellan gum mostrou ser um biomaterial promissor como carreador das cepas probióticas de L. rhamnosus 5.2 e L. fermentum 20.4. Além disso, as formulações probióticas desenvolvidas apresentaram ação antifúngica sobre células de C. albicans e biofilmes de estomatite protética, podendo desta forma atuar na prevenção da candidose bucal. (AU)

The use of probiotics has been considered an alternative for the control of oral candidiasis such as denture stomatitis. Recently, our research group isolated oral clinical strains of Lactobacillus rhamnosus (5.2) and Lactobacillus fermentum (20.4) with antifungal activity against Candida albicans. However, it is necessary to develop formulations for clinical use of these probiotic strains in the oral cavity. Thus, the purpose of this project was to develop probiotic formulations in gellan gum hydrogel with antifungal activity that could be used in the control of denture stomatitis. For the preparation of probiotic formulations, the strains L. rhamnosus 5.2 or L. fermentum 20.4 were incorporated into formulations with different concentrations of gellan gum (0.6 to 1%). The viability of Lactobacillus cells in the formulations and the delivery system were tested under different storage conditions, including storage time and temperatures. Next, the effects of the probiotic formulations were evaluated on C. albicans by the agar diffusion method and on microcosm biofilms by viable cell count and scanning electron microscopy analysis. The results showed that all concentrations of gellan were able to maintain the viability of L. rhamnosus and L. fermentum cells around 5 to 7 log for 14 weeks, regardless of storage temperature (4°C or room temperature). In the agar diffusion test, it was found that the probiotic formulations led to the inhibition of standard and clinical strains of C. albicans, demonstrating that the Lactobacillus strains incorporated into gellan maintained their antifungal activity. Probiotic formulations were also able to inhibit microcosm biofilms from patients with denture stomatitis, reducing the number of viable Candida cells and disrupting the architecture of biofilms. As a conclusion, the gellan gum proved to be a promising biomaterial as a carrier of the probiotic strains of L. rhamnosus 5.2 and L. fermentum 20.4. In addition, the probiotic formulations developed showed antifungal action on C. albicans cells and denture stomatitis biofilms, thus being able to act in the prevention of oral candidiasis. (AU)

Novas estratégias terapêuticas para o controle de biofilmes orais: terapia fotodinâmica e sistema carreador de antimicrobianos / New therapeutic strategics for the control of oral biofilms: photodynamic therapy and drug delivery system

Os biofilmes orais possuem grande relevância clínica por estarem associados com o desenvolvimento de cárie dentária e candidose bucal, que são doenças infecciosas frequentemente encontradas na população. O presente trabalho foi dividido em dois estudos: Estudo 1 que teve como objetivo analisar os efeitos da terapia fotodinâmica antimicrobiana (TFDa), mediada por Fotoenticine (FTC) e Azul de Metileno (AM), sobre biofilmes microcosmos de cárie dentária; e Estudo 2 cujo objetivo foi avaliar o gellan gum como biomaterial para carreador do antifúngico Ester fenetil do ácido caféico (CAPE) contra Candida albicans. No estudo 1, amostras de dentina cariada foram coletadas de diferentes pacientes para formar biofilmes microcosmos in vitro. Os biofilmes foram tratados com FTC ou AM associado à irradiação LED a 660 nm (28,5 J/cm²). Os dados foram analisados pela contagem de Unidades Formadoras de Colônias (UFC/mL). Além disso, a biomassa, estrutura do biofilme e produção de ácidos pelos microrganismos foram determinadas por análises microscópicas ou espectrofotométricas. Os biofilmes de diferentes pacientes apresentaram variações na composição microbiana, sendo formados por estreptococos, lactobacilos e leveduras. No geral, a TFDa diminuiu 3,7 Log10 do total de microrganismos, 2,8 Log10 de estreptococos, 3,2 Log10 de lactobacilos e 3,2 Log10 de leveduras, e atingiu a erradicação de estreptococos do grupo mutans. A TFDa também foi capaz de reduzir a biomassa, desagregar os biofilmes e diminuir a concentração de ácidos em 1,1 a 1,9 mmol de lactato/L. Em relação ao estudo 2, inicialmente, foram preparadas formulações do CAPE em diferentes concentrações de gellan gum (0,6 a 1%). As formulações foram avaliadas em relação ao sistema de liberação e ação antifúngica contra C. albicans. Verificou-se que concentrações mais altas de gellan (0,9 e 1%) levaram a uma liberação mais prolongada do CAPE em relação as concentrações mais baixas. Os valores de concentração inibitória mínima do CAPE sobre C. albicans foram aumentados quando esse composto foi incorporado no gellan. As formulações de CAPE em gellan apresentaram atividade antifúngica tanto em culturas planctônicas como em biofilmes de C. albicans, sendo esses efeitos dependentes do tempo de tratamento. O CAPE e suas formulações em gellan também levaram a uma diminuição da atividade proteolítica de C. albicans. Concluiu-se que a TFDa mediada por Fotoenticine e o sistema carreador de gellan gum podem ser estratégias terapêuticas promissoras para o controle dos biofilmes na cavidade bucal, podendo ser usadas respectivamente no tratamento da cárie e candidose. (AU)

Dental caries and oral candidiasis are infectious diseases frequently found in the population. The present work is divided into two studies, study 1 time as objective: To analyze the effects of antimicrobial photodynamic therapy (aPDT), mediated by Fotoenticine (FTC) and Methylene Blue (MB), on dental caries microcosm biofilms. In study 2, the objective was to evaluate gellan gum as a biomaterial to carry the antifungal caffeic acid phenethyl ester (CAPE) on Candida albicans. To conduct study 1, carious dentin samples were collected from different patients to form in vitro microcosm biofilms. The biofilms were treated with FTC or MB associated with 660 nm red LED irradiation, with energy dose of 28.5 J/cm² and power dose of 40 mW/cm². The data were analyzed by the count of Colony Forming Units (CFU/mL). In addition, the biomass, biofilm structure and acid production of the microorganisms were determined by microscopic or spectrophotometric analysis. The biofilms from different patients showed variations in microbial composition, being formed by streptococci, lactobacilli, and yeasts. Overall, aPDT decreased 3.7 Log10 of total microorganisms, 2.8 Log10 of streptococci, 3.2 Log10 of lactobacilli and 3.2 Log10 of yeasts, and achieved eradication of mutans group streptococci. PDTa was also able to reduce biomass, disaggregate biofilms, and decrease acid concentration by 1.1 to 1.9 mmol lactate/L. For study 2 of this, first the standards of CAPE were determined, such as minimum inhibitory concentration, and absorption peak, then CAPE was incorporated into gellan gum, and then the standard curve test and analysis of CAPE release was performed, finally the formulations were tested on planktonic culture and biofilm of different strains of C. albicans, it was also analyzed the action of this drug on the production of Sap. The MIC found varied from 32 to 64 µg/mL, the release tests showed a gradual release in the higher formulations, finally in the CFU/mL count both in planktonic culture and biofilm the formulations were able to inhibit the fungus. With this it is concluded that both aPDT for oral microcosm and gellan gum as caregiver of CAPE for Candida albicans inhibition are promising. (AU)