Estudios de agentes fotosensibilizadores con potencial acción antibacteriana y desarrollo de sistemas portadores

Abstract

El aumento de la resistencia a los antimicrobianos convencionales es un problema mundial que requiere de una acción urgente. Desde la I + D surgen nuevas alternativas como la modificación química de antimicrobianos conocidos, síntesis de nuevos compuestos, con acción a nivel de membranas o envolturas bacterianas, desarrollo de sistemas portadores, entre otras tantas. En ese contexto la terapia fotodinámica (TFD), usada en los últimos años por investigadores para el tratamiento de algunos tipos de cánceres, ha sido prepuesta como alternativa eficaz para tratamiento de procesos infecciosos, basado en que las células microbianas poseen tasas de crecimiento muy elevado, similar al de las células malignas. A partir de esto, es que en este trabajo de tesis se propuso desarrollar alternativas en el ámbito de la terapia fotodinámica antimicrobiana conjuntamente con el desarrollo de sistemas poliméricos que aporten una solución para el tratamiento de infecciones tópicas producidas por la bacteria Pseudomonas aeruginosa, un Gram (-) oportunista con una alta resistencia intrínseca y adquirida a los antibióticos disponibles en terapéutica, situación que hace que su tratamiento sea desafiante. La propuesta fue combinar polielectrolitos (PE) con fotosensibilizadores (FS) para formar un sistema portador PE:FS. Las porfirinas seleccionadas están disponibles comercialmente y aunque han sido estudiadas frente a numerosos microorganismos, es limitada la información de su eficacia frente a P. aeruginosa, quedando varios aspectos de su interacción con este microorganismo aún no estudiados. La porfirina catiónica 5,10,15,20-tetrakis (1-metil-4-piridinio) porfirina tetra (p-toluensulfonato) (TMPyP4+) y una aniónica 5,10,15,20-tetrafenil-21H, 23H-porfina-p, p′, p, p ′′ - ácido tetrasulfónico hidrato tetrasódico (TPPS4-) fueron vehiculizadas en dispersiones poliméricas del polielectrolito aniónico Carbomer974 (C), el polielectrolito catiónico Eudragit E100 (Eu). Los sistemas portadores obtenidos (C-TMPyP y Eu-TPPS) y la combinación entre TMPyP4+ y Eudragit E100, se estudiaron abordando diversos aspectos, según corresponda a cada sistema de estudio, tales como propiedades fisicoquímicas y biofarmacéuticas de utilidad para una potencial aplicación tópica, propiedades fotofísicas, cinéticas de fotoinactivación in-vitro de diferentes cepas de P. aeruginosa, sensibles y resistentes a antimicrobianos, así como estudios destinados a caracterizar el efecto que producían estos tratamientos en el microorganismo seleccionado, conducentes a modificar la interacción y/o la eficacia de los FS porfirinico vehiculizados en los sistemas poliméricos diseñados. Además, sistemas seleccionados fueron evaluados mediante ensayos ex-vivos de eficacia de fotoinactivación de P. aeruginosa en piel de cerdo. Se obtuvieron resultados alentadores que permiten continuar con el estudio para una potencial aplicación en diseño de formulaciones que vehiculicen estos fotosensibilizadores. De este modo se generan nuevas alternativas terapéuticas para infecciones que requieran administración tópica, para los cuales, el arsenal terapéutico disponible está muy limitado debido al desarrollo de resistencia microbiana.

The increase in resistance to conventional antimicrobials is a global problem that requires urgent action. From I & D, new alternatives arise such as the chemical modification of known antimicrobials, synthesis of new compounds, with action at the level of membranes or bacterial envelopes and development of carried systems, among many others. In this context, photodynamic therapy (PDT) used in recent years by researchers for the treatment of some types of cancer, has been proposed as an effective alternative for the treatment of infectious processes, based on the fact that microbial cells have very fast growth rates, very similar to that of malignant cells. From this, in this thesis work it was proposed to develop alternatives in the field of antimicrobial photodynamic therapy together with the development of polymeric systems that provide a solution for the treatment of topical infections produced by Pseudomonas aeruginosa, a Gram (-) opportunistic with high intrinsic and acquired resistance to therapeutically available antibiotics, which makes its treatment challenging. The combination of polyelectrolytes (PE) with photosensitizers (PS) to form a PE:PS carrier system was analyzed. Selected porphyrins, commercially available have been studied against numerous microorganisms. However, information on their efficacy against P. aeruginosa is limited and several aspects of their interaction with this microorganism remain unknown. The cationic 5,10,15,20-tetrakis(1-methyl-4-pyridinium) porphyrin tetra(p-toluenesulfonate) (TMPyP4+) and an anionic 5,10,15,20-tetraphenyl-21H,23H-porphine- p, p′, p, p ′′ - tetrasodium tetrasulfonic acid hydrate (TPPS4-) were carried in polymeric dispersions of the anionic polyelectrolyte Carbomer974 (C), the cationic polyelectrolyte Eudragit E100 (Eu). The carrier systems obtained (C-TMPyP and Eu-TPPS) and the combination between TMPyP4+ and Eudragit E100, were studied addressing various aspects, including useful physicochemical and biopharmaceutical properties for potential topical application, properties photophysical, in-vitro photoinactivation kinetics of different sensitive and resistant P. aeruginosa strains. In addition, the effect that these treatments produced on P. aeruginosa, leading to modify the interaction and/or the efficacy of the porphyrinic PS transported in the designed polymeric systems was characterized. Finally, selected systems were evaluated by ex-vivo photoinactivation efficacy assays for P. aeruginosa in pig skin. Encouraging results were obtained that allow us to continue with the study for a potential application in the design of formulations carrying these photosensitizers. In this way, new therapeutic alternatives are generated for infections that require topical administration, for which the available therapeutic arsenal is very limited due to the development of microbial resistance.