Abietane Cationic Amphiphiles (ACA) - loaded polymeric microspheres to tackle resistant bacteria

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Neto, Íris Raquel Branco
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/34253
Resumo: Tese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2017
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spelling Abietane Cationic Amphiphiles (ACA) - loaded polymeric microspheres to tackle resistant bacteriaAbietanos Catiónicos AnfifílicosÁcido desidroabiéticoResistência antimicrobianaMicroencapsulaçãoAlginatoTeses de mestrado - 2017Ciências da SaúdeTese de mestrado, Ciências Biofarmacêuticas, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2017This dissertation focused on the development of novel abietane cationic amphiphiles (ACAs) by chemical modification of dehydroabietic acid (DHA), leading to cationic amide derivatives by condensation of the DHA carboxyl function with the amine group of biogenic polyamines (spermine) and basic proteinogenic amino acids (arginine). After ACAs several synthesis procedures were performed, and subsequently TLC and NMR analyses, it was concluded that no molecular form was identified in the form of an amide, but rather the intermediary product and products of degradation. The presented dissertation performed a screening of antimicrobial activities of the compounds DHA and ACA hemi-synthesis intermediary (ACA-Int) against a collection of Gram-positive, Gram-negative bacteria and yeasts; toxicological studies to assess if the compounds had antimicrobial and not citotoxic properties; and microencapsulation and stability studies to evaluate the chemical behavior and stability of the tested compounds. The antimicrobial activity screening of DHA and ACA-Int showed that both compounds had inhibited the planktonic and biofilm growth of a collection of Gram-positive and Gram-negative bacteria and a yeast. In addition, the MIC, MIC with organic interfering substances , MBC, MBIC, MBIC with organic interfering substances and time-kill kinetic study against standard and clinical isolates of sensitive and resistant bacterial strains was determined for DHA and ACA-Int. In MICs studies DHA demonstrated to have higher efficacy than the ACA-Int in Gram-positive bacteria S. epidermidis ATCC 12228 and M. smegmatis ATCC 607 both with the lowest MIC value (7.81 μg/mL); and in Gram-negative bacteria, all clinical isolates of K. pneumoniae and clinical isolate strain E. coli 3023 with a MIC value of 125.00 μg/mL. The studies of MIC with organic interfering substances have showed that organic challenges have influence in MIC values thus increasing them. Regarding to MBC values, the results showed low MBC/MIC ratios within each strain, which is typical for bactericidal agents. In biofilm formation assay, most of the tested microorganisms were biofilm producer except for clinical isolate Ent. Cloacae 1264. Concerning the biofilm inhibition properties of DHA and ACA-Int, where the lowest MBICs value registered of DHA was achieved against Gram-positive S aureus ATCC 43866 (0.49 μg/mL; BI = 75.13±8.82%) which is a strong biofilm producer. In Gram-negative bacteria, the lowest MBIC was showed against clinical isolates K. pneumoniae 701 (0.98 μg/mL; BI = 92.75±5.69%) and K. pneumoniae 703 (0.98 μg/mL; BI = 94.13±2.37%). DHA and ACA-Int were also tested against C. albicans ATCC 10231 and they achieved MBIC values of 62.50 μg/mL; BI = 81.83±7.05% and 125.00 μg/mL; BI = 57.85±24.64%, respectively. With MBIC organic interfering substances, in Gram-positive bacteria only HBS has more influence in MBIC and BI, yet in Gram-negative bacteria all challenges had influence in MBIC and BI values. Time-kill kinetics profiles of DHA against the test organisms (S. aureus ATCC 25923) at concentrations of 31.25, 62.50 and 93.75 μg/mL showed that this compound has bacteriostatic properties. Nonetheless, as a future perspective regarding antimicrobial assays, it would be important to better understand the mechanisms of action of these diterpenes. Regarding to the microencapsulation of the compounds, it was achieved a EE% of 99.49±0.05%, and the stability studies demonstrated that DHA remains stable within alginate beads (PP% = 60.00±0.05%; PE% = 88.12±0.05%). In the Artemia salina toxicological study, both DHA and ACA-Int demonstrate not to have toxicity, but then again in SRB assay they demonstrate to have IC50 values of 19.69±7.40 μg/mL and 23.67±3.75 μg/mL, which demonstrates the need for further investigation in this area using other methodologies as well. According to the references of this dissertation, this is the first report on these type of hemi-synthesis biological activities with these compounds, with preliminary scientific validations upon their known ethnopharmacological uses. Perspective is to improve the studies of DHA and its derivatives, to scientifically validate their uses, understand their safety, and unravel new bioactive compounds with therapeutic potential and specific targets.Esta dissertação focalizou o desenvolvimento de novos abietanos catiónicos anfifílicos (ACAs) por modificação química do ácido dehidroabiético (DHA), que conduz a derivados catiônicos de amida por condensação da função carboxilo do DHA com o grupo amina de poliaminas biogênicas (espermina) e de aminoácidos proteinogénicos básicos (arginina). Na presente dissertação foi realizado um rastreio das actividades antimicrobianas dos compostos DHA e intermediário da hemi-síntese dos ACAs (ACA-Int) contra uma coleção de bactérias resistentes Gram-positivas, Gram-negativas e leveduras; estudos toxicológicos foram efectuados de forma a avaliar se os compostos tinham propriedades antimicrobianas e não citotóxicas; e foi procedida uma microencapsulação e testes de estabilidade foram realizados de forma a avaliar o comportamento químico e a estabilidade dos compostos testados. O rastreio da actividade antimicrobiana do DHA e ACA-Int demonstrou que ambos os compostos inibiram o crescimento planctónico e de biofilme numa colecção de bactérias Gram-positivas, Gram-negativas e numa levedura. Além disso, foi determinado para o DHA e o ACA-Int os valores de MIC, MIC com desafio de bio-carga, MBC, MBIC, MBIC com desafio de bio-carga e foi efectuado o estudo cinético de time-kill contra estirpes bacterianas padrão e de isolados clínicos. Nos estudos da MICs, o DHA demonstrou ter uma eficácia mais elevada do que o intermediário (ACA-Int) nas bactérias Gram-positivas S. epidermidis ATCC 12228 e M. smegmatis ATCC 607, ambas com o menor valor de MIC (7.81 μg/mL). Já nas bactérias Gram-negativas, todos os isolados clínicos de K. pneumoniae e o isolado clínico E. coli 3023 exibiram um valor de MIC de 125.00 μg/mL. Os estudos da MIC com bio-carga revelaram que os desafios orgânicos têm influência nos valores de MIC aumentando-os. Em relação aos valores de MBC, os resultados expuseram baixas razões MBC/MIC dentro de cada estirpe, o que é típico para agentes bactericidas. No ensaio de formação de biofilme, a maioria dos microrganismos testados foi produtora de biofilme com a excepção do isolado clínico Ent. Cloacae 1264. Em relação às propriedades de inibição do biofilme do DHA e do ACA-Int, o menor valor de MBIC obtido foi contra a estirpe Gram-positiva de S. aureus ATCC 43866 (0.49 μg/mL, BI = 75.13±8.82%), a qual é uma forte produtora de biofilme. Nas bactérias Gram-negativas, o menor valor de MBIC foi apresentado contra os isolados clínicos K. pneumoniae 701 (0.98 μg/mL, BI = 92.75±5.69%) e K. pneumoniae 703 (0.98 μg/mL, BI = 94.13±2.37%). O DHA e o ACA-Int foram também testados contra a levedura C. albicans ATCC 10231 e atingiram valores de MBIC de 62.50 μg/mL; BI = 81.83±7.05% e 125.00 μg/mL; BI = 57.85±24.64%, respectivamente. No desafio da MBIC com bio-carga, nas bactérias Gram-positivas, apenas o HBS tem mais influência nos valores de MBIC e da BI, no entanto, nas bactérias Gram-negativas todos os desafios orgânicos tiveram influência nos valores de MBIC e da BI. Os perfis cinéticos do teste time-kill do DHA contra o organismo de teste (S. aureus ATCC 25923) a concentrações de 31.25, 62.50 e 93.75 μg/mL revelaram que este composto tem propriedades bacteriostáticas. No entanto, e como uma perspectiva futura em relação aos ensaios antimicrobianos, seria importante compreender melhor os mecanismos de acção destes diterpenos. Em relação à microencapsulação dos compostos, obteve-se uma EE% de 99.49±0.05%, e os estudos de estabilidade demonstraram que o DHA permanece estável dentro de microesferas de alginato (PP% = 60.00±0.05%; PE% = 88.12±0.05 %). No estudo toxicológico da Artemia salina, tanto o DHA como o ACA-Int apresentaram ausência de toxicidade, contudo, no ensaio SRB demonstram ter valores de IC50 de 19.69±7.40 μg/mL e 23.67±3.75 μg/mL, respectivamente, o que demonstra a necessidade de uma investigação mais detalhada nesta área utilizando também outras metodologias. De acordo com as referências desta dissertação, este é o primeiro relato sobre esse tipo de atividades biológicas de hemi-síntese com estes compostos, e com validações científicas preliminares sobre as suas conhecidas utilizações etnofarmacológicas. Perspectiva-se melhorar os estudos do DHA e dos seus derivados, validar cientificamente suas utilizações, entender a sua segurança e desvendar novos compostos bioativos com potencial terapêutico e alvos específicos.The presented thesis project was performed at the Food Sciences and Phytochemistry research group at the Research Center for Biosciences & Health Technologies (CBIOS) of Universidade Lusófona de Humanidades e Tecnologias (ULHT), under the supervision of Professor Doctor Patrícia Dias Mendonça Rijo, Ph.D and co-supervision of Professor Doctor Célia Maria Cardona Faustino, Ph.D. Additionally, some research was developed at the School of Sciences, University of Lisbon, under the supervision of Prof. Dr. Cristina Moiteiro,Ph. D.Rijo, Patrícia Dias de MendonçaFaustino, Célia Maria CardonaRepositório da Universidade de LisboaNeto, Íris Raquel Branco2018-07-19T15:08:26Z2017-06-052017-03-292017-06-05T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/34253TID:201727196enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:29:30Zoai:repositorio.ul.pt:10451/34253Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:49:01.567200Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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