Incorporation of antimicrobial peptides on functionalized cotton gauzes for medical applications

A large group of low molecular weight natural compounds that exhibit antimicrobial activity has been isolated from animals and plants during the past two decades. Among them, peptides are the most widespread resulting in a new generation of antimicrobial agents with higher specific activity. In the present study we have developed a new strategy to obtain antimicrobial wound-dressings based on the incorporation of antimicrobial peptides into polyelectrolyte multilayer films built by the alternate deposition of polycation (chitosan) and polyanion (alginic acid sodium salt) over cotton gauzes. Energy dispersive X ray microanalysis technique was used to determine if antimicrobial peptides penetrated within the films. FTIR analysis was performed to assess the chemical linkages, and antimicrobial assays were performed with two strains: Staphylococcus aureus (Gram-positive bacterium) and Klebsiella pneumonia (Gram-negative bacterium). Results showed that all antimicrobial peptides used in this work have provided a higher antimicrobial effect (in the range of 4 log–6 log reduction) for both microorganisms, in comparison with the controls, and are non-cytotoxic to normal human dermal fibroblasts at the concentrations tested.

Morphology and oxygen incorporation effect on antimicrobial activity of silver thin films

Ag and AgxO thin films were deposited by non-reactive and reactive pulsed DC magnetron sputtering, respectively, with the final propose of functionalizing the SS316L substrate with antibacterial properties. The coatings were characterized chemically, physically and structurally. The coatings nanostructure was assessed by X-ray diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), while the coatings morphology was determined by scanning electron microscopy (SEM). The XRD and XPS analyses suggested that Ag thin film is composed by metallic Ag, which crystallizes in fcc-Ag phase, while the AgxO thin film showed both metallic Ag and Ag-O bonds, which crystalize in fcc-Ag and silver oxide phases. The SEM results revealed that Ag thin film formed a continuous layer, while AgxO layer was composed of islands with hundreds of nanometers surrounded by small nanoparticles with tens of nanometers. The surface wettability and surface tension parameters were determined by contact angle measurements, being found that Ag and AgxO surfaces showed very similar behavior, with all the surfaces showing a hydrophobic character. In order to verify the antibacterial behavior of the coatings, halo inhibition zone tests were realized for Staphylococcus epidermidis and Staphylococcus aureus. Ag coatings did not show antibacterial behavior, contrarily to AgxO coating, which presented antibacterial properties against the studied bacteria. The presence of silver oxide phase along with the development of different morphology were pointed as the main factors in the origin of the antibacterial effect found in AgxO thin film. The present study demonstrated that AgxO coating presented antibacterial behavior and its application in cardiovascular stents is promising.

Laccase immobilization on bacterial nanocellulose membranes: antimicrobial, kinetic and stability properties

This work studied the physical immobilization of a commercial laccase on bacterial nanocellulose (BNC) aiming to identify the laccase antibacterial properties suitable for wound dressings. Physico-chemical analysis demonstrates that the BNC structure is manly formed by pure crystalline I cellulose. The pH optimum and activation energy of free laccase depends on the substrate employed corresponding to pH 6, 7, 3 and 57, 22, 48 kJ mol1 for 2,6-dimethylphenol (DMP), catechol and 2,2 -azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS), respectively. The Michaelis-Menten constant (Km) value for the immobilized laccase (0.77 mM) was found to be almost double of that of the free enzyme (0.42 mM). However, the specific activities of immobilized and free laccase are similar suggesting that the cage-like structure of BNC allows entrapped laccase to maintain some flexibility and favour substrate accessibility. The results clearly show the antimicrobial effect of laccase in Gram-positive (92%) and Gram-negative (26%) bacteria and cytotoxicity acceptable for wound dressing applications.

Bacterial cellulose-lactoferrin as an antimicrobial edible packaging

Bacterial cellulose (BC) films from two distinct sources (obtained by static culture with Gluconacetobacter xylinus ATCC 53582 (BC1) and from a commercial source (BC2)) were modified by bovine lactoferrin (bLF) adsorption. The functionalized films (BC+bLF) were assessed as edible antimicrobial packaging, for use in direct contact with highly perishable foods, specifically fresh sausage as a model of meat products. BC+bLF films and sausage casings were characterized regarding their water vapour permeability (WVP), mechanical properties, and bactericidal efficiency against two food pathogens, Escherichia coli and Staphylococcus aureus. Considering their edibility, an in vitro gastrointestinal tract model was used to study the changes occurring in the BC films during passage through the gastrointestinal tract. Moreover, the cytotoxicity of the BC films against 3T3 mouse embryo fibroblasts was evaluated. BC1 and BC2 showed equivalent density, WVP and maximum tensile strength. The percentage of bactericidal efficiency of BC1 and BC2 with adsorbed bLF (BC1+bLF and BC2+bLF, respectively) in the standalone films and in inoculated fresh sausages, was similar against E. coli (mean reduction 69 % in the films per se versus 94 % in the sausages) and S. aureus (mean reduction 97 % in the films per se versus 36 % in the case sausages). Moreover, the BC1+bLF and BC2+bLF films significantly hindered the specific growth rate of both bacteria. Finally, no relevant cytotoxicity against 3T3 fibroblasts was found for the films before and after the simulated digestion. BC films with adsorbed bLF may constitute an approach in the development of bio-based edible antimicrobial packaging systems.

Evaluation of antimicrobial strategies against biomaterial-associated infections: impact of the surrounding environmental conditions

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Desarrollo de fotosensibilizadores con aplicaciones en la inactivación fotodinámica de microorganismos. Development of photosensitizer with applications in the photodynamic inactivation of microorganisms.

El plan propone desarrollar nuevas agentes fotosensibilizadores derivados de macrociclos pirrólicos con aplicaciones en la inactivación fotodinámica (PDI) de microorganismos. La propuesta abarca el desarrollo de procedimientos apropiados para la síntesis de compuestos derivados de porfirinas, subftalocianinas y ftalocianinas sustituidas en la periferia por grupos que permitan aumentar la actividad biológica. Con la finalidad de incrementar la incorporación intracelular y la actividad fotodinámica se evaluarán sensibilizadores con distinta distribución y número de cargas, en los cuales se ha incrementado el carácter anfifílico por la presencia de grupos lipofílicos y catiónicos. La combinación de un fotosensibilizador con un compuesto antifúngico está diseñada para aumentar la eficiencia en la inactivación de hongos. También serán evaluadas superficies antimicrobianas recubiertas con una película de fotosensibilizadores. En primera instancia, la actividad fotodinámica de los nuevos agentes fototerapéuticos serán evaluados en sistemas biomiméticos conteniendo sustratos biológicamente activos. Los estudios in vitro serán realizados en cultivos de bacterias y levaduras. Esta aplicación presenta considerable importancia en la inactivación de microorganismos patógenos que crecen in vivo en un foco localizado de infección, en la desinfección de fluidos biológicos y aguas contaminadas con microbios resistentes.

Estudios in vitro e in vivo de agentes fotosensibilizadores y su aplicación en terapia fotodinámica. In vitro and in vivo studies of photosensitizer agents and its application in photodynamic therapy.

Muchos esfuerzos se están realizando en el diseño de nuevos métodos para la eliminación de las células tumorales y así inhibir el crecimiento neoplásico. Entre los métodos no convencionales se encuentran la Terapia Fotodinámica.La Terapia Fotodinámica (TFD) es un tratamiento experimental de algunos tipos de cáncer, basado en el efecto citotóxico inducido en el tejido tumoral, por la acción combinada de una droga (fotosensibilizador) y la luz visible. El fotosensibilizador posee la propiedad de absorber la luz y reaccionar con el oxígeno molecular, produciendo una forma activa del oxígeno: el oxígeno singlete (1O2) que oxida diversas moléculas biológicas, induciendo un efecto citotóxico que se traduce en la regresión tumoral. Los nuevos avances en la dosimetría de la luz, así como la búsqueda de una segunda generación de nuevos fotosensibilizadores más eficaces que los actualmente utilizados, han permitido incluir protocolos de Terapia Fotodinámica en numerosos centros hospitalarios principalmente para el tratamiento de cánceres de pulmón, vejiga, esófago y piel. Plantas fototóxicas, sus metabolitos fotosensibilizantes y sus posibles usos; En general, dentro de las especies vegetales tóxicas existen aquellas denominadas plantas alergénicas, que son las que pueden producir sus efectos indeseables por vía dérmica. También existen aquellas que pueden producir efectos tóxicos por vía sistémica. Sin embargo, coexiste en la naturaleza otro grupo de plantas tóxicas que desencadenan sus efectos nocivos bajo la acción de la luz, por lo que son llamadas plantas fototóxicas, cuyos principios activos son comúnmente denominados agentes fotosensibilizantes La apoptosis como blanco terapéutico contra el cáncer: Los conocimientos moleculares sobre la apoptosis adquiridos en los últimos años están siendo aplicados al desarrollo de nuevos fármacos que puedan modular selectivamente las señales involucradas en la muerte de las células. Una de las razones que justifica el interés en el estudio de este tipo de moléculas, es que una de las características más tempranas en la transformación de la células neoplásicas esta relacionada con la incapacidad de responder a los estímulos de muerte. Esto lleva a una desregulación del proceso de apoptosis desencadenando una proliferación descontrolada. Los otros eventos que desencadenan el cáncer son, la invasión vascular y la metástasis a distanciaLa adquisición de resistencia a los efectos citotóxicos de los tratamientos anticancerígenos ha emergido como un significante impedimento para el efectivo tratamiento de la enfermedad. Por ello, en el presente proyecto se investigará si la adquisición de resistencia a TFD inducida en la línea celular estudiada es conferida por el aumento de la proteína MDRP1 a través de la vía de señalización PI3K/Akt. Además, se estudiará la correlación entre la posible resistencia a drogas y la inducción de apoptosis, analizando los mecanismos involucrados. Los resultados obtenidos contribuirán a dilucidar y entender los mecanismos moleculares implicados en la resistencia y sensibilidad tumoral a la TFD, y de esta manera mejorar la eficacia de dicha terapia antitumoral para sensibilizar a las células a la apoptosis. OBJETIVOS Estudiar el efecto de agentes fotosensibilizadores de origen sintético (ftalocianinas), comercialmente ya aprobadas por la FDA (Me-ALA), de origen natural (antraquinonas), y obtenidas en procesos nanotecnologicos (nanofibras) respecto a su capacidad de inducir la muerte celular en sistemas experimentales in vivo, para el desarrollo de nuevas drogas de aplicación en Terapia Fotodinámica (PDT). Estudiar las señales de apoptosis que se desencadenan, combinando la PDT con iRNA (antisurvivina) con la finalidad de aumentar la eficiencia de la muerte tumoral. Estudiar los mecanismos de resistencia a la Terapia Fotodinámica en carcinoma de células escamosas con fotosensibilizadores permitidos (Me-ALA).

Producción de compuestos antimicrobianos por Pseudomonas nativas de la region de Córdoba. Production of antimicrobial compounds by native Pseudomonas from region of Cordoba.

La agricultura moderna se basa en el empleo de fertilizantes y pesticidas químicos para aumentar la productividad y para el control de enfermedades de los cultivos; sin embargo, existe una tendencia a disminuir su uso en la agricultura debido a los efectos negativos sobre la salud humana y el medio ambiente. Una estrategia alternativa al uso de agroquímicos es el empleo de microorganismos capaces de promover el crecimiento vegetal y/o actuar como agentes de biocontrol. A la hora de formular un inoculante se debe tener en cuenta que la cepa sea competitiva. A pesar de que se conoce poco sobre el rol de las bacteriocinas en el medio ambiente; se ha observado que bacterias productoras de bacteriocinas son más competitivas. Además estos metabolitos pueden ser utilizados también para el control biológico de bacterias patógenas. En el laboratorio se cuenta con cepas de Pseudomonas aislados de la rizósfera de cereales de la provincia de Córdoba. Pseudomonas sp. SF4c (cepa nativa de trigo), secreta una bacteriocina de alto peso molecular, aun no caracterizada. HIPOTESIS: El empleo de formulaciones en base a cepas nativas competitivas, altamente eficientes para la promoción del crecimiento vegetal y el control biológico permitirá disminuir el uso de agroquímicos incrementando la producción y/o calidad de los cultivos. Objetivos específicos: 1. Evaluar la capacidad de Pseudomonas nativas de inhibir el crecimiento de hongos fitopatógeno. 2. Analizar la producción de bacteriocinas en Pseudomonas spp. 3. Purificar parcialmente la bacteriocina secretada por Pseudomonas sp. SF4c. Para llevar a cabo este proyecto, - Se probará la capacidad de Pseudomonas de inhibir el crecimiento de hongos fitopatógenos en medio agar dextrosa papa. En las cepas biocontroladoras, se buscarán los genes implicados en la síntesis de metabolitos secundarios, mediante PCR usando primer específicos. - Se analizará la producción de bacteriocinas en Pseudomonas nativas. En las cepas bacteriocinogénicas se realizarán estudios adicionales para conocer la estabilidad de estos compuestos (sensibilidad a enzimas proteolíticas, calor, UV). -Se purificará la bacteriocina secretada por Pseudomonas sp. SF4C, mediante cromatografía de exclusión molecular, las fracciones recogidas serán analizados en geles de poliacrilamida. La identificación de la proteína será realizada por espectrometría de masa MALDI-TOF. Se espera encontrar dentro de la colección, cepas capaces de controlar el desarrollo de hongos fitopatógenos, dilucidar los mecanismos mediante el cual ejerce su efecto de biocontrol y avanzar en el conocimiento de nuevas bacteriocinas. A nivel industrial, existe en el futuro la posibilidad de que estas bacterias puedan ser utilizadas en la formulación de inoculantes para ser usados en la fertilización de cultivos de cereales que son de gran importancia económica para la región, y/o como agentes de control biológico.

Terapéutica racional, mediante indicadores de eficacia antimicrobiana, de la mastitis caprina utilizando marbofloxacina y cefquinoma. Rational therapeutics, indicators of antimicrobial efficiency in the mastitis goats using marbofloxacine and cefquinome

La producción de leche de cabra es considerada en nuestro país, y en la provincia de Córdoba, una alternativa productiva para el desarrollo sustentable y socio – económico de la población. Por otra parte, existe una mayor demanda del mercado nacional e internacional de esta leche, por lo que los productores deben garantizar la seguridad y calidad de la misma de acuerdo a las normas vigentes. Es por ello que el control y tratamiento de las diferentes enfermedades es de vital importancia tanto para maximizar la producción del hato como para cumplir con los cánones de seguridad exigidos. En este contexto la mastitis caprina es una de las enfermedades que afecta la productividad del sector, y para controlarla una de las medidas a emplear es la terapéutica con antimicrobianos. Se trabajará en este proyecto con marbofloxacina y cefquinoma, estableciendo pautas racionales (eficaces y seguras) para su empleo en la afección a nivel regional. Los indicadores de eficacia estarán fijados de acuerdo a los parámetros integrados de farmacocinética (FC) y farmacodinamia (FD). Estos últimos (FD) serán calculados a través de la determinación concentraciones inhibitorias mínimas de cepas bacterianas aisladas de mastitis caprinas en Córdoba. Se establecerán los parámetros farmacocinéticos a dosis únicas y múltiples para la marbofloxacina (5 mg/kg IV, IM) y cefquinoma (2 mg/kg IV, IM e IMM) a partir de muestras de suero y leche de cabras Anglo Nubian (n = 6 por antimicrobiano; diseño cruzado en función de la ruta de administración). Se determinarán sus concentraciones en dichos fluidos, por cromatografía líquida de alta precisión. Los resultados FC/FD para ambos medicamentos se compararán con parámetros recomendados por expertos para cada tipo de antimicrobiano y se utilizarán como medida para recomendar una terapéutica racional, fundamental para optimizar la posología, garantizar la eficacia clínica, y reducir al mínimo la selección y propagación de cepas resistentes de agentes patógenos. The production of milk of goat is considered the province of Cordoba, a productive alternative for the sustainable development and partner - economically of the population. There is a major demand of the domestic and international market of this milk, for what the producers must guarantee the safety and quality of the same one of agreement to the in force procedure. It is for it that the control and treatment of the different diseases performs vital importance so much to maximize the production of the herd as to expire with the safety demanded. In this context the mastitis goat is one of the diseases that affect the productivity of the sector, and to control her one of the measures to using is the therapeutics with antimicrobial. One will be employed at this project with marbofloxacine and cefquinome, establishing rational guidelines (effective and sure) for his employment in the affection to regional level. The indicators of efficiency will be fixed in agreement to the integrated parameters of pharmacokinetics (PK) and pharmacodinamics (PD). The latter (PK) will be calculated across the determination inhibitory minimal concentrations of bacterial strains isolated of mastitis goat in Córdoba. The parameters will be established pharmacokinetics to the only and multiple doses for the marbofloxacine (5 mg/kg the IV, IM) and cefquinome (2 mg/kg the IVth, IM and IMM), From samples of whey and milk of goats Anglo Nubian (n = 6 for antimicrobial; design crossed depending on the route of administration). Its concentrations will decide in the above mentioned fluids, for liquid chromatography of high precision. The results PK/PD for both antimicrobial will be compared with parameters recommended by experts for every type of antimicrobial and will be in use as measure for recommending a rational, fundamental therapeutics for optimizing the dosage, for guaranteeing the clinical efficiency, and to reduce to the minimum the selection and spread of resistant of pathogenic agents.

Cardiac Sympathetic Hyperactivity after Chemotherapy: Early Sign of Cardiotoxicity?

Background:Chemotherapy with anthracyclines and trastuzumab can cause cardiotoxicity. Alteration of cardiac adrenergic function assessed by metaiodobenzylguanidine labeled with iodine-123 (123I-mIBG) seems to precede the drop in left ventricular ejection fraction.Objective:To evaluate and to compare the presence of cardiovascular abnormalities among patients with breast cancer undergoing chemotherapy with anthracyclines and trastuzumab, and only with anthracycline.Methods:Patients with breast cancer were analyzed clinical, laboratory, electrocardiographic and echocardiographic and cardiac sympathetic activity. In scintigraphic images, the ratio of 123I-mIBG uptake between the heart and mediastinum, and the washout rate were calculated. The variables were compared between patients who received anthracyclines and trastuzumab (Group 1) and only anthracyclines (Group 2).Results:Twenty patients, with mean age 57 ± 14 years, were studied. The mean left ventricular ejection fraction by echocardiography was 67.8 ± 4.0%. Mean washout rate was 28.39 ± 9.23% and the ratio of 123I-mIBG uptake between the heart and mediastinum was 2.07 ± 0.28. Of the patients, 82% showed an increased in washout rate, and the ratio of 123I-mIBG uptake between the heart and mediastinum decreased in 25%. Concerning the groups, the mean washout rate of Group 1 was 32.68 ± 9.30% and of Group 2 was 24.56 ± 7.72% (p = 0,06). The ratio of 123I-mIBG uptake between the heart and mediastinum was normal in all patients in Group 2, however, the Group 1, showed 50% the ratio of 123I-mIBG uptake between the heart and mediastinum ≤ 1.8 (p = 0.02).Conclusion:In women with breast cancer undergoing chemotherapy, assessment of cardiac sympathetic activity with 123I-mIBG appears to be an early marker of cardiotoxicity. The combination of chemotherapy showed higher risk of cardiac adrenergic hyperactivity.

Pharmacokinetics and pharmacogenomics of once-daily raltegravir and atazanavir in healthy volunteers.

Atazanavir inhibits UDP-glucuronyl-transferase-1A1 (UGT1A1), which metabolizes raltegravir, but the magnitude of steady-state inhibition and role of the UGT1A1 genotype are unknown. Sufficient inhibition could lead to reduced-dose and -cost raltegravir regimens. Nineteen healthy volunteers, age 24 to 51 years, took raltegravir 400 mg twice daily (arm A) and 400 mg plus atazanavir 400 mg once daily (arm B), separated by ?3 days, in a crossover design. After 1 week on each regimen, raltegravir and raltegravir-glucuronide plasma and urine concentrations were measured by liquid chromatography-tandem mass spectrometry in multiple samples obtained over 12 h (arm A) or 24 h (arm B) and analyzed by noncompartmental methods. UGT1A1 promoter variants were detected with a commercially available kit and published primers. The primary outcome was the ratio of plasma raltegravir C(tau), or concentration at the end of the dosing interval, for arm B (24 h) versus arm A (12 h). The arm B-to-arm A geometric mean ratios (95% confidence interval, P value) for plasma raltegravir C(tau), area under the concentration-time curve from 0 to 12 h (AUC(0-12)), and raltegravir-glucuronide/raltegravir AUC(0-12) were 0.38 (0.22 to 0.65, 0.001), 1.32 (0.62 to 2.81, 0.45), and 0.47 (0.38 to 0.59, <0.001), respectively. Nine volunteers were heterozygous and one was homozygous for a UGT1A1 reduction-of-function allele, but these were not associated with metabolite formation. Although atazanavir significantly reduced the formation of the glucuronide metabolite, its steady-state boosting of plasma raltegravir did not render the C(tau) with a once-daily raltegravir dose of 400 mg similar to the C(tau) with the standard twice-daily dose. UGT1A1 promoter variants did not significantly influence this interaction.

Effect of single nucleotide polymorphisms in cytochrome P450 isoenzyme and N-acetyltransferase 2 genes on the metabolism of artemisinin-based combination therapies in malaria patients from Cambodia and Tanzania.

The pharmacogenetics of antimalarial agents are poorly known, although the application of pharmacogenetics might be critical in optimizing treatment. This population pharmacokinetic-pharmacogenetic study aimed at assessing the effects of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in cytochrome P450 isoenzyme genes (CYP, namely, CYP2A6, CYP2B6, CYP2C8, CYP2C9, CYP2C19, CYP2D6, CYP3A4, and CYP3A5) and the N-acetyltransferase 2 gene (NAT2) on the pharmacokinetics of artemisinin-based combination therapies in 150 Tanzanian patients treated with artemether-lumefantrine, 64 Cambodian patients treated with artesunate-mefloquine, and 61 Cambodian patients treated with dihydroartemisinin-piperaquine. The frequency of SNPs varied with the enzyme and the population. Higher frequencies of mutant alleles were found in Cambodians than Tanzanians for CYP2C9*3, CYP2D6*10 (100C → T), CYP3A5*3, NAT2*6, and NAT2*7. In contrast, higher frequencies of mutant alleles were found in Tanzanians for CYP2D6*17 (1023C → T and 2850C → T), CYP3A4*1B, NAT2*5, and NAT2*14. For 8 SNPs, no significant differences in frequencies were observed. In the genetic-based population pharmacokinetic analyses, none of the SNPs improved model fit. This suggests that pharmacogenetic data need not be included in appropriate first-line treatments with the current artemisinin derivatives and quinolines for uncomplicated malaria in specific populations. However, it cannot be ruled out that our results represent isolated findings, and therefore more studies in different populations, ideally with the same artemisinin-based combination therapies, are needed to evaluate the influence of pharmacogenetic factors on the clearance of antimalarials.