It only takes one to do many jobs: Amphotericin B as antifungal and immunomodulatory drug

Amphotericin B acts through pore formation at the cell membrane after binding to ergosterol is an accepted dogma about the action mechanism of this antifungal, and this sentence is widely found in the literature. But after 60 years of investigation, the action mechanism of Amphotericin B is not fully elucidated. Amphotericin B is a polyene substance that is one of the most effective drugs for the treatment of fungal and parasite infections. As stated above, the first mechanism of action described was pore formation after binding to the ergosterol present in the membrane. But it has also been demonstrated that AmB induces oxidative damage in the cells. Moreover, amphotericin B modulates the immune system, and this activity has been related to the protective effect of the molecule, but also to its toxicity in the host. This review tries to provide a general overview of the main aspects of this molecule, and highlight the multiple effects that this molecule has on both the fungal and host cells. © 2012 Mesa-Arango, Scorzoni and Zaragoza.

Estudo da atividade antidermatofitica de Protocatecuatos contra T. rubrum e T. interdigitale

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Susceptibility variation of Malassezia pachydermatis to antifungal agents according to isolate source

Malassezia pachydermatis is associated with dermatomycoses and otomycosis in dogs and cats. This study compared the susceptibility of M. pachydermatis isolates from sick (G1) and healthy (G2) animals to azole and polyene antifungals using the M27-A3 protocol. Isolates from G1 animals were less sensitive to amphotericin B, nystatin, fluconazole, clotrimazole and miconazole.

Amphotericin B nano-formulations : development, characterisation and suitability for oral administration

In der Form von Nanokapseln (AmB-HST), Nanoemulsion beziehungsweise multilamellaren Vesikeln (MLV) wurden drei Amphotericin-B-Formulierungen für die orale Applikation entwickelt, charakterisiert und verglichen. Die neuartige homogene Nanokapsel-Formulierung des hydrophoben Polyen-Antimykotikums Amphotericin B wurde in Analogie zu einem für Simvastatin und andere Arzneistoffe etablierten Prozess aus der Reinsubstanz, Lezithin und Gelatine mit Hilfe des HST-Verfahrens hergestellt. Photometrische Untersuchungen zeigten, dass das Endprodukt aus Monomeren aufgebaut ist. Mittels Mikroskopie ließen sich die Aggregate vor der Umhüllung mit Lezithin und Gelatine im Ausgangsmaterial als individuelle kugelförmige Arzneistoffpartikel darstellen. Strukturuntersuchungen mit dynamischer licht streuung (DLS) zeigten eine enge Größenverteilung der verkapselten Partikel von ca. 1 µm. Die Struktur der Hülle der HST-Partikel wurde erstmalig mit Neutronenstreuung unter Verwendung der Deuterium-basierten Lösungsmittel kontrastmethode aufgeklärt. Durch die teilweise Kontrastmaskierung des Partikelkerns bei der Neutronenstreuung konnte die Lezithin-Gelatine-Hülle als eine dünne, 5,64 ± 0.18 nm dicke Schicht aufgelöst werden, welche der biologischen Lipidmembran ähnlich, im Vergleich aber geringfügig größer ist. Dieses Resultat eröffnet Wege für die Optimierung der Formulierung von pharmazeutischen Nanopartikeln, z.B. durch Oberflächenmodifizierungen. Weitere Untersuchungen mittels Kleinwinkelneutronenstreuung unter Verwendung der D-Kontrastvariation deuten darauf hin, dass die Komponenten der Nanokapseln nicht den gleichen Masseschwerpunkt haben, sondern asymmetrisch aufgebaut sind und dass die stärker streuenden Domänen weiter außen liegen. Die Partikel sind im Vergleich zu Liposomen dichter. In-Vitro Freisetzungsstudien belegen das Solubilisierungsvermögen des HST-Systems, wonach die Freisetzung des Arzneistoffes aus der Formulierung zu allen gemessenen Zeitpunkten höher als diejenige der Reinsubstanz war. rnDie Nanoemulsion-Formulierung von Amphotericin B wurde mit einem Öl und Tensid system, jedoch mit unterschiedlichen Co-Solvenzien, erfolgreich entwickelt. Gemäß der Bestimmung der Löslichkeit in verschiedenen Hilfsstoffen erwies sich der Arzneistoff Amphotericin B als nicht-lipophil, gleichzeitig aber auch als nicht-hydrophil. Die zur Ermittlung der für die Emulsionsbildung notwendigen Hilfstoffkonzentrationen erstellten ternären Diagramme veranschaulichten, dass hohe Öl- und Tensidgehalte zu keiner Emulsionsbildung führten. Dementsprechend betrug der höchste Ölgehalt 10%. Die Tröpfchengröße wuchs mit zunehmender Tensidkonzentration, wobei die Co-Solventmenge der Propylenglykol-haltigen Nanoemulsion indirekt verringert wurde. Für die Transcutol®P-haltige Nanoemulsion hingegen wurde das Gegenteil beobachtet, nämlich eine Abnahme der Tröpfchengröße bei steigenden Tensidkonzentrationen. Durch den Einschluss des Arzneistoffes wurde nicht die Viskosität der Formulierung, sondern die Tröpfchengröße beeinflusst. Der Wirkstoffeinschluss führte zu höheren Tröpfchengrößen. Mit zunehmender Propylenglykolkonzentration wurde der Wirkstoffgehalt erhöht, mit zunehmender Transcutol®P-Konzentration dagegen vermindert. UV/VIS-spektroskopische Analysen deuten darauf hin, dass in beiden Formulierungen Amphotericin B als Monomer vorliegt. Allerdings erwiesen sich die Formulierungen Caco-2-Zellen und humanen roten Blutkörperchen gegenüber als toxisch. Da die Kontrollproben eine höhere Toxizität als die wirkstoffhaltigen Formulierungen zeigten, ist die Toxizität nicht nur auf Amphotericin, sondern auch auf die Hilfsstoffe zurückzuführen. Die solubilisierte Wirkstoffmenge ist in beiden Formulierungen nicht ausreichend im Hinblick auf die eingesetzte Menge an Hilfsstoff nach WHO-Kriterien. Gemäß diesen Untersuchungen erscheinen die Emulsions-Formulierungen für die orale Gabe nicht geeignet. Dennoch sind Tierstudien notwendig, um den Effekt bei Tieren sowie die systemisch verfügbare Wirkstoffmenge zu ermitteln. Dies wird bestandskräftige Schlussfolgerungen bezüglich der Formulierung und Aussagen über mögliche Perspektiven erlauben. Nichtsdestotrotz sind die Präkonzentrate sehr stabil und können bei Raumtemperatur gelagert werden.rnDie multilamellar-vesikulären Formulierungen von Amphotericin B mit ungesättigten und gesättigten neutralen Phospholipiden und Cholesterin wurden erfolgreich entwickelt und enthielten nicht nur Vesikel, sondern auch zusätzliche Strukturen bei zunehmender Cholesterinkonzentration. Mittels Partikelgrößenanalyse wurden bei den Formulierungen mit gesättigten Lipiden Mikropartikel detektiert, was abhängig von der Alkylkettenlänge war. Mit dem ungesättigten Lipid (DOPC) konnten hingegen Nanopartikel mit hinreichender Verkapselung und Partikelgrößenverteilung gebildet werden. Die Ergebnisse der thermischen und FTIR-spektroskopischen Analyse, welche den Einfluss des Arzneistoffes ausschließen ließen, liefern den Nachweis für die mögliche, bereits in der Literatur beschriebene Einlagerung des Wirkstoffs in lipid- und/oder cholesterinreiche Membranen. Mit Hilfe eines linearen Saccharosedichtegradienten konnte die Formulierung in Vesikel und Wirkstoff-Lipid-Komplexe nach bimodaler Verteilung aufgetrennt werden, wobei der Arzneistoff stärker mit den Komplexen als mit den Vesikeln assoziiert ist. Bei den Kleinwinkelneutronenstreu-Experimenten wurde die Methode der Kontrastvariation mit Erfolg angewendet. Dabei konnte gezeigt werden, dass Cholesterol in situ einen Komplex mit Amphotericin B bildet. Diesen Sachverhalt legt unter anderem die beobachtete Differenz in der äquivalenten Streulängendichte der Wirkstoff-Lipid- und Wirkstoff-Lipid-Cholesterin-haltigen kleinen unilamellaren Vesikeln nahe. Das Vorkommen von Bragg-Peaks im Streuprofil weist auf Domänen hin und systematische Untersuchungen zeigten, dass die Anzahl der Domänen mit steigendem Cholesteringehalt zunimmt, ab einem bestimmten Grenzwert jedoch wieder abnimmt. Die Domänen treten vor allem nahe der Außenfläche der Modellmembran auf und bestätigen, dass der Wirkstoff in den Cholesterinreichen Membranen vertikal eingelagert ist. Die Formulierung war sowohl Caco-2-Zellen als auch humanen roten Blutkörperchen gegenüber nicht toxisch und erwies sich unter Berücksichtigung der Aufnahme in Caco-2-Zellen als vielversprechend für die orale Applikation. Die Formulierung zeigt sich somit aussichtsreich und könnte in Tabletten weiterverarbeitet werden. Ein Filmüberzug würde den Wirkstoff gegen die saure Umgebung im Magen schützen. Für die Bestimmung der systemischen Verfügbarkeit der Formulierung sind Tierstudien notwendig. Die entwickelten multilamellaren Formulierungen einschließlich der Wirkstoff-Cholesterin-Komplexe bieten somit gute Aussichten auf die mögliche medizinische Anwendung. rnrn

Studies towards the total synthesis of penicillipyrone b via a biomimetic approach

Pennicillipyrone A and B are two novel meroterpenoids isolated from the marine-derived fungus Penicilliump sp. Although a preliminary toxicity studies demonstrated the bioactivity of penicillipyrone A to be far superior to that of its congener penicillipyrone B, we were intrigued by its structure. Moreover, it appeared as though one could design an efficient total synthesis based on chemistry that was familiar to our laboratory. The purpose of this project was the study of a new synthesis of Pennicillipyrone B by way of a doubley-biomimetic approach. The intended approach proceeds through a polyene cascade reaction terminated by a nucleophilic pyrone - a reaction not yet known in the literature for the construction of this type of scaffold. During the course of this study we have learned about the unanticipated reactivity of C2 substituted keto-dioxinones with regard to self-condensation. In addition, four new compounds were synthesized and two synthetic routes to the target molecule are presented.

The C9 methyl group of retinal interacts with glycine-121 in rhodopsin

The visual pigment rhodopsin is a prototypical G protein-coupled receptor. These receptors have seven transmembrane helices and are activated by specific receptor–ligand interactions. Rhodopsin is unusual in that its retinal prosthetic group serves as an antagonist in the dark in the 11-cis conformation but is rapidly converted to an agonist on photochemical cis to trans isomerization. Receptor–ligand interactions in rhodopsin were studied in the light and dark by regenerating site-directed opsin mutants with synthetic retinal analogues. A progressive decrease in light-dependent transducin activity was observed when a mutant opsin with a replacement of Gly121 was regenerated with 11-cis-retinal analogues bearing progressively larger R groups (methyl, ethyl, propyl) at the C9 position of the polyene chain. A progressive decrease in light activity was also observed as a function of increasing size of the residue at position 121 for both the 11-cis-9-ethyl- and the 11-cis-9-propylretinal pigments. In contrast, a striking increase of receptor activity in the dark—i.e., without chromophore isomerization—was observed when the molecular volume at either position 121 of opsin or C9 of retinal was increased. The ability of bulky replacements at either position to hinder ligand incorporation and to activate rhodopsin in the dark suggests a direct interaction between these two sites. A molecular model of the retinal-binding site of rhodopsin is proposed that illustrates the specific interaction between Gly121 and the C9 methyl group of 11-cis-retinal. Steric interactions in this region of rhodopsin are consistent with the proposal that movement of transmembrane helices 3 and 6 is concomitant with receptor activation.

Influence of iron deprivation and sub-inhibitory concentrations of antifungal antibiotics on surface antigens of candida albicans yeast cells

This study examined the effect of iron deprivation and sub-inhibitory concentrations of antifungal agents on yeast cell surface antigen recognition by antibodies from patients with Candida infections. Separation of cell wall surface proteins by sodium dodecyl-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) and immunological detection by immunoblotting, revealed that antigenic profiles of yeasts were profoundly influenced by the growth environment. Cells grown under iron-depleted conditions expressed several iron-regulated proteins that were recognized by antibodies from patient sera. An attempt to characterize these proteins by lectin blotting with concanavalin A revealed that some could be glycoprotein in nature. Furthermore, these proteins which were located within cell walls and on yeast surfaces, were barely or not expressed in yeasts cultivated under iron-sufficient conditions. The magnitude and heterogeneity of human antibody responses to these iron-regulated proteins were dependent on the type of Candida infection, serum antibody class and yeast strain. Hydroxamate-type siderophores were also detected in supernatants of iron depleted yeast cultures. This evidence suggests that Candida albicans expresses iron-regulated proteins/glycoproteins in vitro which may play a role in siderophore-mediated iron uptake in Candida albicans. Sequential monitoring of IgG antibodies directed against yeast surface antigens during immunization of rabbits revealed that different antigens were recognized particularly during early and later stages of immunization in iron-depleted cells compared to iron-sufficient cells. In vitro and in vivo adherence studies demonstrated that growth phase, yeast strain and growth conditions affect adhesion mechanisms. In particular, growth under iron-depletion in the presence of sub-inhibitory concentrations of polyene and azole antifungals enhanced the hydrophobicity of C.albicans. Growth conditions also influenced MICs of antifungals, notably that of ketoconazole. Sub-inhibitory concentrations of amphotericin B and fluconazole had little effect on surface antigens, whereas nystatin induced profound changes in surface antigens of yeast cells. The effects of such drug concentrations on yeast cells coupled with host defence mechanisms may have a significant affect on the course of Candida infections.

Calculations on the end-group conformational barrier in carotenoids and a study of the bioavailability of xanthophyll esters in humans

The present study measures the increase in serum carotenoid concentration in 30 healthy individuals after supplementation with a low dose xanthophyll ester (3 and 6 mg of lutein equivalent/per day) when compared to a placebo. Serum levels of carotenoids were measured using HPLC and showed an increase in the concentration of lutein, zeaxanthin and four lutein metabolites proportional to dose. In order to further assess the importance of the end-group structure in carotenoids we have investigated the influence of the end-group type and functionality on the conformational energy barrier. We used the density functional method implemented on GAUSSIAN 98 to calculate the conformational energy curves for rotation of the P-ring or the E-ring relative to short polyene chains around the C6-C7 single bond. A large barrier is observed for the interconversion of conformers in the E-rings (8 kcal/mol) when compared to beta rings (2.3-3 kcal/mol).

A Theoretical and Synthetic Investigation of New Donors for Organic Electro-Optic Chromophores: Understanding the Effects of Structure and Substituents on Donor Strength

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Sensori elettrochimici a base di PEDOT:PSS stampati a getto di inchiostro

Conductive polymers (CPS) are a class of carbon-based materials, capable of conducting electric current, characterized by metallic properties in combination with the intrinsic properties of conventional polymers. The structural model of the CP consists of a system of double π-conjugated on the backbone (polyene structure) which can easily undergo reversible doping reaching a wide range of conductivity. Thanks to their versatility and peculiar properties (mechanical flexibility, biocompatibility, transparency, ease of chemical functionalization, high thermal stability), CPS have revolutionized the science of materials giving rise to Organic Bioelectronics, the discipline resulting from the convergence between biology and electronics. The Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) : poly (styrenesulfonate) (PEDOT: PSS), complex polyelectrolyte, in the form of a thin film, currently represents the reference standard in applications concerning Bioelectronics. In this project, two types of electrochemical sensors ink-jet printed on a flexible polymeric substrate, the polyethylene terephthalate, have been developed and characterized. The Drop on Demand (DOD) inkjet technology has allowed to control the positioning of fluid volumes of the order of picoliters with an accuracy of ± 25μm. This resulted in the creation of amperometric sensors and organic electrochemical transistors (OECT) all-PEDOT: PSS with high reproducibility. The sensors have been used for the determination of Ascorbic Acid (AA) which is currently considered an important benchmark in the field of sensors. In Cyclic Voltammetry, the amperometric sensor has detected AA at potentials less than 0.2 V vs. SCE thanks to the electrocatalytic properties of the PEDOT: PSS. On the other hand, the OECT detected AA concentrations equal to 10 nanomolar in Chronoamperometry. Furthermore, a promising new generation of all-printed OECTS, consisting of silver metal contacts, has been created. Preliminary results are presented.