Microesferas para um Macroproblema: biomateriais revestidos com o péptido antimicrobiano (MSI-78A) são altamente eficazes na erradicação da bactéria Helicobacter pylori

A Helicobacter pylori é um dos agentes patogénicos humanos mais bem-sucedidos a nível mundial. Esta bactéria infeta o estômago de aproximadamente metade da população mundial e é diretamente responsável por 90% dos cancros gástricos diagnosticados, sendo este o quinto mais comum e o quarto mais mortal. Em pleno século XXI seria expectável que esta infeção fosse facilmente eliminada usando antibióticos. No entanto, a realidade é bastante diferente pois, devido à resistência crescente aos antibióticos disponíveis, o tratamento falha em 2 em cada 5 pacientes, mesmo após várias tentativas utilizando diferentes combinações de antibióticos. Tendo isto em conta, esta bactéria foi classificada pela Organização Mundial da Saúde como uma ameaça crescente à saúde pública mundial.

Para resolver a ineficácia dos antibióticos na erradicação da infeção por H. pylori, desenvolvemos biomateriais em formato de microesferas que foram revestidos com um péptido antimicrobiano (MSI-78A). Esta estratégia é muito promissora para o tratamento da infeção gástrica por H. pylori, pois demonstrou ser altamente eficaz contra este agente patogénico, sendo capaz de matar mais de 99% das bactérias após 2h de exposição.

Legenda da imagem: Cristina Martins, Diana Fonseca e Paula Parreira.

Autores e Afiliações:

Diana R. Fonseca ^a,b,c, Ana Moura ^a,b,c, Victoria Leiro ^a,b, Ricardo Silva-Carvalho ^b, Berta N. Estevinho ^d, Catarina L. Seabra ^a,b,1 , Patrícia C. Henriques ^a,b,c,d, Mónica Lucena ^a,b,e, Cátia Teixeira ^f, Paula Gomes ^f, Paula Parreira ^a,b,2 , M. Cristina L. Martins ^a,b,e,2

^ai3S, Instituto de Investigação e Inovação em Saúde, Portugal;

^b INEB, Instituto de Engenharia Biomédica, Rua Alfredo Allen, 208, 4200-135 Porto, Portugal;

^c Faculdade de Engenharia, Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, Universidade do Porto, Rua Dr. Roberto Frias, 4200-465 Porto, Portugal

^d LEPABE, Laboratório de Engenharia de Processos, Ambiente, Biotecnologia e Energia, Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Rua Dr. Roberto Frias, 4200-465 Porto, Portugal;

^e ICBAS, Instituto de Ciências Biomédicas Abel Salazar, Universidade do Porto, Rua de Jorge Viterbo Ferreira, 228, 4050-313 Porto, Portugal

^f LAQV-REQUIMTE, Departamento de Química e Bioquímica, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Rua do Campo Alegre 687, 4169-007, Portugal;

¹ Current address: LAQV/REQUIMTE, Departamento de Ciências Químicas, Faculdade de Farmácia, Universidade do Porto;

² These authors contributed equally to this paper

Abstract:

MSI-78A (Pexiganan A) is one of the few antimicrobial peptides (AMPs) able to kill Helicobacter pylori, a pathogenic bacterium that colonizes the gastric mucosa of half of the world's population. Antibiotics fail in 20-40% of H. pylori-infected patients, reinforcing the need for alternative treatments. Herein, a bioengineered approach was developed. MSI-78A with a C-terminal cysteine was grafted onto chitosan microspheres (AMP-ChMic) by thiol-maleimide (Michael-addition) chemistry using a long heterobifunctional spacer (NHS-PEG₁₁₃-MAL).

Microspheres with ~4 µm diameter (near H. pylori length) and stable at low pH were produced by spray drying using a chitosan solution with an incomplete genipin crosslinking. A 3×10^-5 μg AMP/microsphere grafting was estimated/confirmed by UV/Vis and FTIR spectroscopies. AMP-ChMic were bactericidal against H. pylori J99 (highly pathogenic human strain) at lower concentrations than the free peptide (~277 µg grafted MSI-78A-SH/mL vs 512 μg free MSI-78A-SH/mL), even after pre-incubation in simulated gastric conditions with pepsin. AMP-ChMic killed H. pylori by membrane destabilization and cytoplasm release in a ratio of ~10 bacteria/microsphere. This can be attributed to H. pylori attraction to chitosan, facilitating the interaction of grafted AMP with bacterium membrane. Overall, it was demonstrated that the peptide-microsphere conjugation chemistry did not compromise the MSI-78A antimicrobial activity, instead it boosted its bactericidal performance against H. pylori.

Revista: Acta Biomaterialia

Link: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2021.09.063