Evaluation of curcumin derivatives: antifungal activity and possible applications

Abstract

Os biofilmes microbianos são os principais causadores de infecções relacionadas ao uso de dispositivos médicos. Candida albicans destaca-se dentre as espécies fúngicas mais frequentes em infecções nosocomiais, sendo o principal agente causador das infecções da corrente sanguínea associadas a dispositivos vasculares. Afim de prevenir estas infecções, estudos estão sendo realizados para o desenvolvimento de superfícies anti-incrustantes. O uso de agentes antimicrobianos tem demonstrado resultados promissores, porém sua utilização como revestimento em superfícies pode contribuir para o surgimento de cepas resistentes. Como uma alternativa ao uso de antimicrobianos, a curcumina destaca-se como um material de revestimento eficaz. No entanto, sua estabilidade em condições fisiológicas limita sua aplicação médica. Modificações na estrutura química da curcumina têm se mostrado eficiente para superar essas limitações e melhorar sua atividade biológica. Neste trabalho encontra-se um compilado de estudos acerca de modificações químicas utilizando a curcumina como modelo estrutural no desenvolvimento de compostos antifúngicos e possíveis revestimentos em superfícies de dispositivos médicos. O trabalho foi dividido em 5 seções: A Seção 1 fornece uma visão geral básica das infecções fúngicas e destaca a motivação desta pesquisa. Na Seção 2 foi investigado o potencial antifúgico de uma série de análogos de curcumina. Foi observado que a substituição de metoxilas nas posições 3 dos anéis A e B da curcumina resultam em atividade antifúngica de amplo espectro, contra diversas espécies de fungos filamentosos e de Candida. A Seção 3 apresenta a substituição do fragmento β-dicetona na curcumina por uma monocarbonila contra espécies de Candida, demonstrando atividades antifúngicas potentes. Afim de explorar aplicabilidades dos curcuminoides, na Seção 4 foi desenvolvido um revestimento de superfície multifuncional com potencial antifúngico e anti-biofilme. Na Seção 5, os principais achados de cada estudo foram sintetizados, e sugestões para pesquisas futuras foram apresentadas. Com base nos resultados, fornecemos insights sobre as relações entre estrutura química e atividade biológica dos curcuminoides, abrindo caminhos para o desenvolvimento de novos análogos bioativos destinados ao tratamento de infecções fúngicas e à prevenção da formação de biofilmes por meio de revestimentos antiaderentes.

Biofilms are crucial in medical-related infections, especially those associated with medical devices. Candida albicans emerge as the most prevalent causative agent of bloodstream infections associated with vascular devices in hospital settings. In order to overdue this problem, studies are exploring surface modifications to create antifouling materials for medical devices and implants. Although antimicrobial agents have demonstrated promising outcomes, their persistent application on surfaces can contribute to the emergence of resistant strains. Curcumin has exhibited potential as an effective coating material. However, its stability under physiological conditions limits its medical application. Modifications in the curcumin structure overcome this limitation and improve its bioactivities. This work is a compilation of studies about chemical structural modifications using curcumin as a model for developing antifungal compounds and possible surface coatings for medical devices. It was divided into 5 chapters: Chapter 1 provides a basic overview of fungal infections and highlights the motivation for this research. In Chapter 2, the antifungal potential of a series of curcumin analogs was investigated. The substitution of methoxyl at position 3 of the rings A and B of curcumin structure results in broad-spectrum antifungal activity against several filamentous fungi and Candida species. In Chapter 3, the replacement of the β-diketone fragment in the curcumin by a monocarbonyl moiety against C. albicans was investigated and showed potent antifungal activities. In order to explore monocarbonyl curcuminoid applications, Chapter 4 presents the development of a multifunctional surface coating with antifouling and antifungal potential. In Chapter 5, the findings of each study have been emphasized and suggestions have been made for future research and perspectives. Based on the combined results from all chapters, we provide insights into the chemical structure and activity relationships of curcuminoids, paving the way for developing new bioactive analogues for treating fungal infections and preventing biofilm formation through antifouling coatings.