Terapias alternativas para infecções causadas por biofilmes microbianos
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2022-04-20
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Tese de livre-docência
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Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
As principais infecções médico-odontológicas são causadas por biofilmes
microbianos, que são complexas comunidades de micro-organismos aderidos a uma
superfície e envoltos por uma matriz polimérica. Essa matriz protege as células
microbianas do biofilme contra agentes externos, como agentes antimicrobianos e a
resposta de defesa do hospedeiro. Assim, organizados em biofilmes, os microorganismos são mais tolerantes às terapias anti-infecciosas. Além disso, o uso de
agentes antimicrobianos convencionais (antibióticos e antifúngicos) tem levado ao
problemas da resistência antimicrobiana, a qual é uma ameaça mundial e um
desafio atual para a área de saúde. Diante disso, torna-se necessária a pesquisa por
novas modalidades terapêuticas contra biofilmes e para o combate à resistência
antimicrobiana. Esta tese apresenta estudos realizados pelo grupo de pesquisa do
candidato para o desenvolvimento de tratamentos contra infecções causadas por
biofilmes e por cepas resistentes. Foram selecionados seis artigos científicos
publicados em revistas internacionais de seletiva política editorial para compor esta
tese. Os resultados desses estudos demonstraram a eficácia antibacteriana e
antifúngica, inclusive contra cepas resistentes, de nanopartículas de dióxido de
titânio com prata (TiO2:Ag), da Terapia Fotodinâmica antimicrobiana (aPDT), da
Terapia Sonodinâmica (SDT) e da N-acetilcisteína (NAC). A ação antimicrobiana foi
maior em culturas planctônicas do que em biofilmes. As nanopartículas de TiO2:Ag
foram sintetizadas e caracterizadas para garantir uma produção padronizada dessas
nanopartículas previamente aos ensaios antimicrobianos. Também foi desenvolvido
um nanosistema de liberação de fármacos (nanopartículas poliméricas) para o
encapsulamento de curcumina, fotossensibilizador (FS) hidrofóbico utilizado em
aPDT, que resultou no depósito de uma patente. Observou-se ausência de efeitos
adversos da utilização da aPDT mediada por essas nanopartículas de curcumina no
tecido do hospedeiro quando utilizada in vivo num modelo animal de infecção
fúngica oral em camundongos. Outro nanosistema utilizado como FS, nanoemulsão
catiônica de ftalocianina de cloro e alumínio, demonstrou efeito fotodinâmico
antimicrobiano contra um biofilme multiespécie, porém sem redução da biomassa do
biofilme. A SDT, utilizada com intuito de melhorar a penetração do FS no biofilme, foi
eficaz contra biofilme fúngico quando associada a aPDT. Já a NAC apresentou ação
fungistática e reduziu a viabilidade, a biomassa e os componentes solúveis da matriz
dos biofilmes, além de mostrar sinergismo com a caspofungina em culturas
planctônicas. Em síntese, esses estudos mostram que mais esforços devem ser
dirigidos no desenvolvimento de tratamentos alternativos aos antimicrobianos
convencionais contra biofilmes microbianos e cepas resistentes antes da realização
de ensaios clínicos.
Resumo (inglês)
The main medical-dental infections are caused by microbial biofilms, which are
complex communities of microorganisms attached to a surface and surrounded by a
polymeric matrix. The matrix protects the microbial cells within the biofilm against
external agents, such as antimicrobial agents and host defense cells. Hence,
organized as biofilms, microorganisms show tolerance to anti-infective approaches.
Moreover, the use of conventional antimicrobial agents (antibiotics and antifungals)
has led to the problematic antimicrobial resistance, which is a global threat and a
challenge to the health field. Therefore, the development of new therapeutic methods
against biofilms and resistant strains are needed. This thesis shows studies carried
out by the candidate’s research group for the development of treatments against
infections caused by biofilms and resistant strains. Six scientific articles published in
international journals of selective editorial policy were selected to compose this
thesis. The results of these studies demonstrated the antibacterial and antifungal
efficacy of nanoparticles of titanium dioxide with silver (TiO2:Ag), antimicrobial
Photodynamic Therapy (aPDT), Sonodynamic Therapy (SDT), and N-acetylcisteyne
(NAC) against microbial strains, including resistant one. The antimicrobial effect was
higher for planktonic cultures than for biofilms. The TiO2:Ag nanoparticles were
synthesized and characterized to warrant a standard production of this nanoparticles
before the antimicrobial assays. A drug-delivery nanosystem (polymeric nanoparticle)
was also developed for the encapsulation of curcumin, a hydrophobic photosensitizer
(PS) used in aPDT, and a patent was deposited. No adverse effects on the host’s
tissue were observed when the aPDT mediated by this curcumin-nanoparticles was
evaluated in vivo in a murine model of oral fungal infection. Another nanosystem
used as PS, cationic nanoemulsion of chloroalluminium phthalocyanine, showed
antimicrobial photodynamic effect against a multispecies biofilm, but no reduction in
the total biomass was observed. The SDT, used to improve the PS penetration into
the biofilm, was effective against fungal biofilm when associated with aPDT. The
NAC showed fungistatic effect and reduced the viability, biomass, and soluble
components of the biofilm matrix, and also demonstrated synergism with caspofungin
in planktonic cultures. In summary, these studies demonstrated that more efforts
should be directed to the development of alternative therapies to the conventional
antimicrobial agents against biofilms and resistant strains before clinical trials.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português