Desenvolvimento, síntese e caracterização de lipossomas conjugados com análogos de sideróforos e estudo in vitro como estratégia terapêutica para tuberculose - Ribeiro, Camila Maringolo [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2022)
A tuberculose (TB) é uma doença infecciosa que afeta milhões de pessoas anualmente, é necessário um longo tratamento para a cura, especialmente para os casos de resistência a antibióticos. Outra particularidade de Mycobacterium tuberculosis, principal agente etiológico de TB, é a sua habilidade de sobreviver dentro de macrófagos, células imunológicas que são a primeira defesa no tecido pulmonar. Em uma busca de um tratamento eficaz, seguro, que promova uma entrega do antibiótico no local da infecção e, possivelmente, contribua para a adesão ao tratamento, propusemos uma abordagem nanotecnológica baseada em lipossomas funcionalizados, ou seja, com a superfície modificada com um análogo de sideróforo (Sid) para carrear moxifloxacino (Mox) para tratar TB para uma administração intrapulmonar. Os sideróforos são a principal estratégia das bactérias para captar ferro, um metal essencial para seu metabolismo. Foram desenvolvidos com fosfatidilcolina de soja, colesterol e ácido oleico, quatro lipossomas: lipossoma vazio (LipV); lipossoma contendo Mox (LipMox); lipossoma funcionalizado com Sid e sem fármaco (LipS) e lipossoma funcionalizado com Sid e contendo Mox (LipSMox). A caracterização dos lipossomas foi feita pela técnica de espalhamento de luz dinâmica (DLS), análise de rastreamento de nanopartículas (NTA) e microscopia eletrônica de transmissão (TEM). Por todos os métodos, observamos partículas esféricas e de aproximadamente 200 nm. O potencial zeta foi a principal diferença entre eles, e foi aproximadamente -40mV para LipV e LipMox e +15mV para LipS e LipSMox. A NTA mostrou a concentração de ~1011 partículas/mL. Um método de quantificação de Mox em cromatografia líquida de alta eficiência foi desenvolvido e validado para determinar a eficiência de encapsulação (EE) e o perfil de liberação (RP). A EE foi 51,31% para LipMox e 45,76 % para LipSMox e a RP seguiu o modelo proposto por Korsmeyer-Peppas, comum para lipossomas. A concentração inibitória mínima (MIC) frente a M. tuberculosis foi determinada em condições padrão (pH 6,6 e [Fe] = 0,04 µg/mL), com acréscimo de ferro (múltiplos de 2x, 5x e 10x em relação ao meio comercial), pH 7,4 e acréscimo de 10% de soro fetal bovino (FBS). A alteração de pH do meio para 7,4 não afetou a MIC. A MIC de LipMox e LipSMox foram na maioria das vezes menor que 0,5%. Já LipS teve MIC próxima a 10% em todas as condições, exceto na presença de FBS (MIC >25%), em que há ferro ofertado, mas de não livre e sim complexado com ferritina. O ensaio de time-kill não mostrou diferença significativa entre Mox livre e encapsulada, a ação bactericida foi concentração-dependente. O ensaio de citotoxicidade foi realizado para quatro linhagens celulares: macrófagos (J774A.1), fibroblastos (MRC-5), células hepáticas (HepG-2) e células intestinais (Caco-2) e observou-se uma heterogeneidade nos resultados de índice de citotoxicidade (IC50) com maior toxicidade com lipossomas contendo Sid. A atividade frente a M. tuberculosis intramacrofágico apresentou reduções de mais de 90% dos bacilos intracelulares (LipMox 1 e 5%; Mox 1 e 5% e LipSMox 1%). A microscopia eletrônica de varredura e transmissão confirmaram a fagocitose das vesículas lipossomais pelos macrófagos, confirmando a possibilidade de um direcionamento natural dos lipossomas para células fagocíticas. Embora a funcionalização com Sid não trouxe melhora na atividade biológica dos lipossomas, ainda houve um direcionamento natural para os macrófagos, células de extrema importância na patogênese de TB. Diante das vantagens de drug delivery dos lipossomas, propõe-se uma administração intrapulmonar in vivo deste sistema para o tratamento de TB.

Tuberculosis (TB) is an infectious disease that affects millions of people annually and a long treatment is necessary for a cure, especially for antibiotic resistant cases. Another particularity of Mycobacterium tuberculosis, the main etiologic agent of TB, is the ability to survive inside macrophages, immune cells in lungs. In a search for an effective, safe treatment that promotes antibiotic delivery at the site of infection and, possibly, contributes to treatment adherence, we proposed a nanotechnological approach based on functionalized liposomes, that is, with the surface modified with an analogue of siderophore (Sid) to carry moxifloxacin (Mox) to treat TB for an intrapulmonary administration. Siderophores are the main strategy of bacteria to take up iron, an essential metal for their metabolism. Four liposomes were developed with soy phosphatidyl, cholesterol and oleic acid: empty liposome (LipV); liposome containing Mox (LipMox); drug-free and Sid-functionalized liposome (LipS) and Sid-functionalized and Mox-containing liposome (LipSMox). The characterization of these liposomes was performed by dynamic light scattering technique (DLS), nanoparticle tracking analysis (NTA) and transmission electron microscopy (TEM). By all methods, we observed spherical particles and approximately 200 nm. The zeta potential was the main difference between them and was approximately -40mV for LipV and LipMox and +15mV for LipS and LipSMox. NTA showed a concentration of ~1011 particles/mL. A method of quantification of Mox in high performance liquid chromatography was developed and validated to determine the encapsulation efficiency (EE) and the release profile (RP). The EE was 51.31% for LipMox and 45.76% for LipSMox and the RP followed the model proposed by Korsmeyer-Peppas, common for liposomes. The minimal inhibitory concentration (MIC) against M. tuberculosis was determined under standard conditions (pH 6.6 and [Fe] = 0.04 µg/mL), with addition of iron (multiples of 2x, 5x and 10x in relation to the commercial medium), pH 7.4 and with addition of 10% fetal bovine serum (FBS). Changing the pH of the medium to 7.4 did not affect the MIC. The MIC of LipMox and LipSMox were less than 0.5%. LipS had MIC close to 10% in all conditions, except in the presence of FBS (MIC >25%), in which there is iron offered, not free, but complexed with ferritin. The time-kill assay showed no significant difference between free and encapsulated Mox, the bactericidal action was concentrationdependent. The cytotoxicity assay was performed for four cell lines: macrophages (J774A.1), fibroblasts (MRC-5), liver cells (HepG-2) and intestinal cells (Caco-2). Heterogeneity was observed in the cytotoxicity index (IC50) results with greater toxicity for liposomes containing Sid. The activity against intramacrophagic M. tuberculosis showed reductions of more than 90% of intracellular bacilli (LipMox 1 and 5%; Mox 1 and 5% and LipSMox 1%). Scanning and transmission electron microscopy confirmed the phagocytosis of liposomal vesicles by macrophages, confirming the possibility of a natural targeting of liposomes to phagocytic cells. Although functionalization with Sid did not improve the biological activity of liposomes, there was still a natural targeting of macrophages, cells of extreme importance in the pathogenesis of TB. Given the advantages of drug delivery of liposomes, an intrapulmonary in vivo administration of this system is proposed for the treatment of TB.
Development, synthesis and characterization of liposomes conjugated with siderophore analogues and in vitro study as a therapeutic strategy for tuberculosis
Keywords: Mycobacterium tuberculosis; tuberculose; lipossomas; caracterização de nanopartículas; sideróforo